专利名称：输电线路在线监测系统供电电源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微电子电源技术领域，涉及一种输电线路在线监测系统供电电源。
背景技术：
供电电源是输电线路在线监测系统中不可缺少的重要组成部分，电源的优劣直接 关系到整个监测系统长期工作的稳定性和可靠性。 输电线路在线监测系统一般安装在户外无电网供电的条件下，只能采用太阳能或 高压导线取能等供电方式为该监测系统供电。但太阳能和高压导线取能，产生的电能间断、 不稳定，尤其是太阳能，只有在阳光下，才能产生电能，不能保证监测系统长期工作的稳定 性和可靠性。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种输电线路在线监测系统供电电源，为输电线路在线 监测系统提供连续稳定的电能，确保监测系统长期工作的可靠性和稳定性，并具有耗能低， 效率高的特点。 本实用新型所采用的技术方案是，输电线路在线监测系统供电电源，包括依次连 接的太阳能电池、充放电保护及控制电路和稳压器，充放电保护及控制电路分别与电源狗、 蓄电池和电池检测和控制信号输出电路相连接，蓄电池与电池检测和控制信号输出电路相 连接。 本实用新型供电电源具有以下优点 1.采用太阳能电池板和蓄电池储能相结合的供电方案，解决了户外输电线路在线 监测系统供电问题。 2.蓄电池检测和充放电保护电路结构简单、控制准确、安全可靠。 3.采用电源狗，防止单片机系统死机现象，确保了监测系统能长期可靠工作。 4.具有低功耗、高效率、高稳定特点。
图1是本实用新型供电电源的结构示意图； 图2是本实用新型供电电源中充放电保护及控制电路的结构示意图； 图3是本实用新型供电电源中电池检测和控制信号输出电路的结构示意图； 图4是本实用新型供电电源中电源狗的结构示意图； 图5是本实用新型供电电源中稳压器的结构示意图。 图中，l.太阳能电池，2.充放电保护及控制电路，3.电源狗，4.稳压器，5.蓄电池， 6.电池检测和控制信号输出电路，7.有源器件，8.DC/DC稳压变换器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。 由于输电线路在线监测系统安装环境的特殊性，对供电电源具有较高的要求l) 电源本身必须低耗能、高效率，以延长阴雨天在线监测系统连续工作时间和电池使用寿命； 2)具有较高的稳定性和可靠性，尽可能提高电源的性能指标；3)提高监测系统的抗干扰能 力，确保系统长期工作的可靠性。 本实用新型供电电源采用能够满足上述要求的电路结构，解决了现有输电线路在 线监测系统供电电源存在的电能间断、不稳定的问题。 本实用新型供电电源的结构，如图1所示，包括依次连接的太阳能电池1、充放电 保护及控制电路2和稳压器4，充放电保护及控制电路2分别与电源狗3 、蓄电池5和电池检 测和控制信号输出电路6相连接，蓄电池5与电池检测和控制信号输出电路6相连接。蓄 电池5采用专用太阳能储能蓄电池或其他可充电电池。 本供电电源中的结构，如图2所示，包括太阳能电池1、压敏电阻MYG20和开关管 M0SFET1组成的并联电路，该并联电路的一端，即太阳能电池1的正极、压敏电阻MYG20的一 端、开关管M0SFET1的漏极分别与稳压二极管的正极相连接，稳压二极管VD工的负极分 别与蓄电池5的正极、电阻R的一端和稳压器4相连接，电阻R的另一端分别与稳压二极管 VD3的正极、稳压二极管VD2的正极和开关管M0SFET2的栅极相连接，太阳能电池1的负极、 压敏电阻MYG20的另一端、开关管M0SFET1的源极和蓄电池5的负极分别与开关管M0SFET2 的源极相连接，开关管M0SFET2的漏极和稳压器4输出地连接。 本实用新型供电电源中电池检测和控制信号输出电路3的结构，如图3所示，包括 串联的电阻&和电阻R2，电阻&的另一端分别与电压VD(蓄电池正极)、电阻R3和电阻R5 相连接，电阻R3与电阻R4串联，电阻R5与稳压二极管VD工串联，电阻R5与稳压二极管VD工的 负极相连接，电阻R2、电阻R4和稳压二极管VD工的正极分别接地。电阻&和电阻R2之间的 旁路分别与电阻^的一端和比较器A1的正向输入端相连接，比较器A1的输出端与电阻Re 串联，电阻R6的另一端分别与电阻RF1的另一端、稳压二极管VD2的负极和充放电保护及控 制电路2中开关管M0SFET1的栅极相连接，稳压二极管VD2的正极接地。比较器A1的反向 输入端与比较器A2的反向输入端相连接，比较器A1的反向输入端与比较器A2的反向输入 端还与电阻R5和稳压二极管VD2之间的旁路相连接；比较器A2的正向输入端分别与电阻尺3 和电阻R4之间的旁路及电阻^的一端相连接，比较器A2的输出端串联有电阻1 7，电阻尺7 的另一端分别与电阻RF2的另一端、稳压二极管VD3的负极和充放电保护及控制电路2中稳 压二极管VD2的负极相连接，稳压二极管VD3的正极接地。 充放电保护及控制电路2中的稳压二极管VD工用于防止无太阳光时，蓄电池5对太 阳能电池l放电。压敏电阻MYG20(也可选瞬态抑制二极管)，用于防雷击保护，稳压二极管 VDy稳压二极管VD3和电阻R构成门电路。开关管M0SFET1用于充电控制，开关管M0SFET1 导通时，太阳能电池1对蓄电池5停止充电；开关管M0SFET1截止时，太阳能电池1对蓄电 池5正常充电。开关管M0SFET2用于放电控制，开关管M0SFET2导通时，蓄电池5对负载 (稳压器4)正常供电。开关管M0SFET2截止时，蓄电池5停止供放电。开关管M0SFET1和 开关管M0SFET2受电池检测和比较电路控制，M0SFET2同时还受电源狗3控制。 电池检测和控制信号输出电路6中的比较器Al和比较器A2对蓄电池5进行检测和控制。电阻R5和稳压管VD工为比较器Al和比较器A2提供参考电压，电阻Re、稳压二极管 VD2、电阻R7和稳压二极管VD3分别为比较器Al和比较器A2提供稳定的高电平输出。比较 器A1的输出端通过电阻Re与充放电保护及控制电路2中开关管M0SFET1的栅极相连接，即 图2中的①端；比较器A2的输出端通过电阻R7与充放电保护及控制电路2中的稳压二极 管VA的负极相连接，即图2中的②端。其工作原理如下蓄电池5的电压正常时，通过电 阻&和电阻R2分压，使电压^低于参考电压UKEF，比较器Al的输出为低电平，此时，开关管 M0SFET1截止，稳压二极管VDi导通，太阳能电池1对蓄电池5正常充电。通过电阻&和电 阻R4分压，使电压U2高于参考电压UKEF，此时，比较器A2输出高电平，开关管M0SFET2导通， 蓄电池5正常放电。当蓄电池5的电压升高，达到其过充电保护值时，电压^高于参考电 压U，，此时，比较器A1输出高电平，开关管M0SFET1导通，使太阳能电池1的输出被短路， 稳压二极管VD工截止，太阳能电池1停止对蓄电池5充电，实现蓄电池5的过充电保护。此 后，只有蓄电池5的电压降低，并低于过充电保护值一个搏夭钪裯后，开关管M0SFET1重新 截止，稳压二极管VD工导通，电路恢复正常充电。该搏夭钪裯根据要求，通过电阻RF1、电阻& 及参考电压U，确定。 当蓄电池5的电压降低达到其过放电保护值时，电压^低于参考电压U，，比较器 A2输出低电平，使稳压二极管VD2导通，使开关管M0SFET2的栅极为低电平而截止，蓄电池5 停止放电，实现了蓄电池5的过放电保护。此后，只有蓄电池5的电压升高，并高于过放电 保护值一个搏夭钪裯后，比较器A2输出高电平，开关管M0SFET2重新导通，电路又恢复正常 放电。该搏夭钪裯根据要求，通过电阻RF2、电阻R3及参考电压UKEF进行确定。 如图4所示，本实用新型供电电源中电源狗3的结构包括有源器件7的引脚(K、 引脚小。及引脚小i分别与电容Cl、电阻Rl和电阻R2相连接，电容Cl、电阻Rl和电阻R2相 互连接。有源器件7的引脚VSS接地，有源器件7的引脚RST与二极管Dl的负极相连接， 二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、二极管D3的正极和电阻R3的一端相连接；二极 管D2的负极与有源器件7的引脚Q14相连接，二极管D3的负极与有源器件7的引脚Q5相 连接，电阻R3的另一端分别与+VD电压、有源器件7的引脚VDD和电阻R5的一端相连接， 电阻R5的另一端分别与三极管的集电极及电池检测和控制电路6中稳压二极管VD3的负 极相连接，三极管的发射极接地，三极管的基极与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端 分别与二极管D2的负极和有源器件7的引脚Q14相连接。有源器件7采用CD4060。 电源狗3的电路，通过有源器件7及外部电路组成的自循环定时控制实现。电阻 Rl、电阻R2及电容Cl组成振荡回路，该振荡回路的周期T = 2. 2QIV电阻R3、电阻R5和三 极管C9013组成驱动电路，控制开关管M0SFET2的导通与截止，以控制电源的接通与断开。 二极管D1、二极管D2、二极管D3和电阻R4构成门电路，为有源器件7复位端(12脚)提供 门控信号，用于有源器件7的复位控制，实现自循环定时。电源狗3的工作电源为蓄电池5 的电源。 接通电源，有源器件7的12脚因高电平而复位，有源器件7的Q4 Q14脚的输出 为零，二进制计数器开始计数，前一级的下降沿触发后级，进行分频计数。通过选择电容Cl 和电阻R1的参数可得到相应的振荡频率。电源开关的接通时间和断开通时间可相应改变。 同时，可根据不同的需要，改变有源器件7引脚Q14的输出端电压^和引脚Q4的复位控制 UB也可改变电源开关的接通时间和断开通时间。[0029] 由于定时时间较长。如每天(24小时) 一次，选Q14(3脚)为输出控制端，设电源的接通时间为1\，则 I\ = 213T = 24(小时)=24X3600秒， 可计算出 T = 24 X3600/213 = 10. 5秒。 选& = 2M Q ， Q = 2. 39 ii F (用CBB电容)，R2 = 3M Q 。 断电时间T2由复位控制门决定，二极管D3接有源器件7的Q4端(7脚)，则1\ =23T = 84秒，若接Q5 (5脚)，则T2 = 168秒。[0035] 自循环周期T = 1\+T2。 三极管C9013、电阻R4和电阻R5构成反相驱动电路，该驱动电路的输出连接充放电保护和控制电路2中稳压二极管VA的负极，即图2中的③端。在1\时间内输出高电平，二极管VD3截止，开关管M0SFET2导通，电源接通正常供电，在T2时间内输出为低电平，二极管VD3导通，开关管M0SFET2的栅极为低电平而截止，负载断电。从而实现每天一次控制监测系统电源断电、再上电的复位过程，以防止监测系统中的单片机因强干扰造成的搢阑鶄现象，确保单片机系统可靠工作。 本实用新型供电电源中稳压器4的结构，如图5所示，包括DC/DC稳压变换器8，DC/DC稳压变换器8的引脚+VIN分别与DC/DC稳压变换器8的引脚6、电容Cl和5. 5V 11. 5V的电压相连接，DC/DC稳压变换器8的引脚OUT分别与二极管Dl的负极和电感Ll的一端相连接，电感Ll的另一端分别与DC/DC稳压变换器8的引脚FB和电容C2相连接，同时，输出+5V电压；电容C1、DC/DC稳压变换器8的引脚GND、DC/DC稳压变换器8的引脚0N、二极管Dl的正极和电容C2分别接地。[0038] 稳压器4的输出采用单电源、双电源或多路电源。 稳压器4采用高效率集成稳压模块，为在线监测系统中的单片机系统提供+5V电源。DC/DC稳压变换器8采用开关型降压式稳压变换器MAX639。当输入电压为+5. 5V +11. 5V时，稳压输出为5V，输出电流为100mA，最大可达225mA。 MAX639本身压降仅0. 5V，电源转换效率可达90%以上。二极管Dl为续流二极管，电容Cl为输入滤波电容，电感Ll和电容C2组成输出滤波器。[0040] 本实用新型供电电源的工作过程 将本供电电源安装于输电线路在线监测系统，太阳能电池1吸收太阳光产生电能，并将产生的电能输送给充放电保护及控制电路2， 一方面给蓄电池5充放，另一方面通过电充放保护及控制电路2中的放电控制开关管M0SFET2，将电能输入稳压器4，稳压器4向监测系统输出稳定连续的电能，同时，电池检测和控制信号输出电路6对蓄电池5进行检测，根据检测到的实际情况，输出控制信号，控制充放保护及控制电路2中开关管M0SFET1和M0SFET2的导通或截止，对蓄电池5进行充放电保护及控制。在夜晚和阴雨天，太阳能电池1无法工作，此时，电池检测和控制信号输出电路6对蓄电池5进行检测，并控制蓄电池5放电，稳压器4输出在线监测系统所需的+5V电压。通过开关管M0SFET1对蓄电池5进行过充电保护，开关管M0SFET2对蓄电池5进行过放电保护。且电源狗3的输出通过门电路控制开关管M0SFET2，自动实现本供电电源每天一次或两次的断电、上电复位过程，确保输电线路在线监测系统长期工作的可靠性。[0042] 本供电电源采用太阳能电池和蓄电池相结合的供电方式，为户外输电线路在线监 测提供稳定连续的电能，具有电源狗功能，且功耗低、效率高，保证了输电线路在线监测系 统长期工作的稳定和可靠性。
权利要求输电线路在线监测系统供电电源，其特征在于，包括依次连接的太阳能电池(1)、充放电保护及控制电路(2)和稳压器(4)，充放电保护及控制电路(2)分别与电源狗(3)、蓄电池(5)和电池检测和控制信号输出电路(6)相连接，蓄电池(5)与电池检测和控制信号输出电路(6)相连接。
2. 按照权利要求l所述的供电电源，其特征在于，所述充放电保护及控制电路(2)的 结构包括太阳能电池(1)、压敏电阻MYG20和开关管M0SFET1组成的并联电路，该并联电 路的一端与稳压二极管VD1的正极相连接，即太阳能电池(1)的正极、压敏电阻MYG20的一 端、M0SFET1的漏极与稳压二极管VD1的正极相连接，稳压二极管VD1的负极与蓄电池(5) 的正极、电阻R的一端和稳压器(4)相连接，电阻R的另一端分别与稳压二极管VD3的正极、 稳压二极管VD2的正极和开关管M0SFET2的栅极相连接，太阳能电池(1)的负极、压敏电阻 MYG20的另一端、开关管M0SFET1的源极和蓄电池(5)的负极分别与开关管M0SFET2的源极 相连接，开关管M0SFET2的漏极和稳压器(4)输出地连接。
3. 按照权利要求1或2所述的供电电源，其特征在于，所述电池检测和控制信号输出电 路(6)的结构包括串联的电阻R1和电阻R2，电阻R1的另一端分别与电压VD、电阻R3和 电阻R5相连接，电阻R3与电阻R4串联，电阻R5与稳压二极管VD1串联，电阻R5与稳压二 极管VD1的负极相连接，电阻R2、电阻R4和稳压二极管VD1的正极分别接地，电阻Rl和电 阻R2之间的旁路分别与电阻RF1的一端和比较器A1的正向输入端相连接，比较器A1的输 出端与电阻R6串联，电阻R6的另一端分别与电阻RF1的另一端、稳压二极管VD2的负极和 开关管M0SFET1相连接，稳压二极管VD2的正极接地，比较器Al的反向输入端与比较器A2 的反向输入端相连接，比较器A1的反向输入端与比较器A2的反向输入端还与电阻R5和稳 压二极管VD2之间的旁路相连接；比较器A2的正向输入端分别与电阻R3和电阻R4之间的 旁路及电阻RF2的一端相连接，比较器A2的输出端串联有电阻R7，电阻R7的另一端分别与 电阻RF2的另一端、稳压二极管VD3的负极和开关管M0SFET2相连接，稳压二极管VD3的正 极接地。
4. 按照权利要求1或2所述的供电电源，其特征在于，所述电源狗(3)的结构包括有 源器件(7)的引脚小0、引脚小。及引脚小1分别与电容C1、电阻R1和电阻R2相连接，电容 C1、电阻R1和电阻R2相互连接，有源器件(7)的引脚VSS接地，有源器件(7)的引脚RST 与二极管D1的负极相连接，二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、二极管D3的正极和 电阻R3的一端相连接；二极管D2的负极与有源器件(7)的引脚Q14相连接，二极管D3的 负极与有源器件(7)的引脚Q5相连接，电阻R3的另一端分别与+VD电压、有源器件(7)的 引脚VDD和电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端分别与三极管的集电极及电池检测和 控制电路(6)中稳压二极管VD3的负极相连接，三极管的发射极接地，三极管的基极与电阻 R4的一端相连接，电阻R4的另一端分别与二极管D2的负极和有源器件(7)的引脚Q14相 连接
5. 按照权利要求4所述的供电电源，其特征在于，所述的有源器件(7)采用CD4060。
6. 按照权利要求4所述的供电电源，其特征在于，所述的稳压器(4)的结构包括DC/ DC稳压变换器(8)的引脚+VIN分别与DC/DC稳压变换器(8)的引脚6、电容Cl和5. 5V 11. 5V的电压相连接，DC/DC稳压变换器(8)的引脚OUT分别与二极管Dl的负极和电感Ll 的一端相连接，电感L1的另一端分别与DC/DC稳压变换器(8)的引脚FB和电容C2相连接，电容C1、DC/DC稳压变换器(8)的引脚GND、DC/DC稳压变换器(8)的弓I脚0N、二极管D1的 正极和电容C2分别接地。
7.按照权利要求6所述的供电电源，其特征在于，所述的DC/DC稳压变换器(8)采用开 关型降压式稳压变换器MAX639。
专利摘要输电线路在线监测系统供电电源，包括依次连接的太阳能电池、充放电保护及控制电路和稳压器，充放电保护及控制电路分别与电源狗、蓄电池和电池检测和控制电路相连接，蓄电池与电池检测和控制电路相连接。本实用新型供电电源为户外输电线路在线监测提供稳定连续的电能，具有电源狗功能，且功耗低、效率高，保证了输电线路在线监测系统长期工作的稳定和可靠性。
文档编号H02H7/18GK201499006SQ200920305279
公开日2010年6月2日 申请日期2009年6月29日 优先权日2009年6月29日
发明者程荣贵, 黄新波 申请人:西安工程大学