一种无死区感应取电电源系统及电源管理方法
【专利摘要】本发明公开了一种无死区感应取电电源系统，其包括：感应取电装置，其包括取电线圈和第一级DC/DC模块，取电线圈从输电线路感应取电；第一级DC/DC模块将感应取得的电能输出；可充放电装置；电源管理模块，其与第一级DC/DC模块的输出端连接，并与可充放电装置连接；第二级DC/DC模块，其与电源管理模块连接，第二级DC/DC模块的输出端用于连接负载；其中，电源管理模块根据第一级DC/DC模块的输入电压、可充放电装置的电压以及第二级DC/DC模块的输入电压，输出相应的控制信号，以控制可充放电装置、第一级DC/DC模块、第二级DC/DC模块和负载之间的连通或断开状态，以使感应取电装置和可充放电装置为负载不间断供电以及感应取电装置对可充放电装置的充电。本发明还公开了一种电源管理方法。
【专利说明】一种无死区感应取电电源系统及电源管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电源管理方法及系统，尤其涉及一种感应取电的电源管理方法及 系统。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的建设，在高压一次设备（如架空输电线、电缆、环网柜等）上加装 智能电子设备的需求增强，由于此类智能电子设备通常通过感应取电从高压一次设备上直 接获取所需电源供电，因此感应取电电源的应用日趋广泛。取电电源输出额定负载功率所 需要的最小线路电流称为该取电电源的启动电流。若设备仅由普通取电电源供电，则当线 路电流低于启动电流时，设备将因失去电源而出现工作死区。
[0003] 针对上述工作死区的问题，最为常见的解决方案是在感应取电供电死区时将备用 电池投入供电。目前应用该方案存在的问题：感应取电供电与电池供电切换时需将设备短 暂停电，且电池的能量损耗无法得到补充。因此目前该方案难以有效解决工作死区的问题， 极大地限制了感应取电电源的广泛应用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一是提供一种无死区感应取电电源系统，其用于管理感应取电装 置和可充放电装置为负载混合不间断供电，其中感应取电装置可为可充放电装置充电，从 而解决目前感应取电电源中存在的供电间断及电池能量损耗补充问题。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种电源管理方法，其同样用于实现感应取电装置和可 充放电装置为负载混合不间断供电，从而解决目前感应取电电源中存在的供电间断及电池 能量损耗补充问题。
[0006] 基于上述目的，本发明提供了一种无死区感应取电电源系统，其包括：
[0007] 感应取电装置，其包括取电线圈和第一级DC/DC模块，所述取电线圈用于套设在 输电线路外，以从输电线路感应取电；所述第一级DC/DC模块将感应取得的电能输出；
[0008] 可充放电装置；
[0009] 电源管理模块，其与所述第一级DC/DC模块的输出端连接，并与可充放电装置连 接；
[0010] 第二级DC/DC模块，其与所述电源管理模块连接，所述第二级DC/DC模块的输出端 用于连接负载；
[0011] 其中，电源管理模块根据第一级DC/DC模块的输入电压、可充放电装置的电压以 及第二级DC/DC模块的输入电压，输出相应的控制信号，以控制可充放电装置、第一级DC/ DC模块、第二级DC/DC模块和负载之间的连通或断开状态，以使感应取电装置和可充放电 装置为负载不间断供电以及感应取电装置对可充放电装置的充电。
[0012] 进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述感应取电装置还包 括：
[0013] 功率控制及过压保护模块，其输入端与所述取电线圈连接；
[0014] 整流模块，其输入端与所述功率控制及过压保护模块的输出端连接；
[0015] 滤波模块，其输入端与所述整流模块的输出端连接，所述滤波模块的输出端与第 一级DC/DC模块的输入端连接。
[0016] 进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述电源管理模块包括 控制器和由控制器控制的四个开关，该四个开关分别是：
[0017] 充电开关，其设于第一级DC/DC模块和可充放电装置之间，使第一级DC/DC模块和 可充放电装置连通或断开；
[0018] 感应取电供电开关，其设于第一级DC/DC模块和第二级DC/DC模块之间，使第一级 DC/DC模块和第二级DC/DC模块连通或断开；
[0019] 可充放电装置供电开关，其设于可充放电装置和第二级DC/DC模块之间，使可充 放电装置和第二级DC/DC模块连通或断开；以及
[0020] 负载开关，其设于第二级DC/DC模块和负载之间，使第二级DC/DC模块和负载连通 或断开。
[0021] 在上述无死区感应取电电源系统中，所述控制器可以是单片机，或者其它能实现 控制功能的智能芯片；四个开关的通断对应感应取电装置、可充放电装置以及负载之间的 连接关系。
[0022] 更进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述负载开关通过控 制所述第二级DC/DC模块的运行控制端实现第二级DC/DC模块和负载连通或断开。
[0023] 更进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述感应取电供电开 关和所述可充放电装置供电开关均包括一二极管，该二极管的负极连接到所述第二级DC/ DC模块的输入端。
[0024] 更进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述充电开关、感应取 电供电开关以及可充放电装置供电开关均包括一个或多个M0S管以及一个三极管，其中所 述M0S管的栅极均与所述三极管的集电极相连。
[0025] 更进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述感应取电供电开 关包括：
[0026] 第一二极管，其负极连接到所述第二级DC/DC模块的输入端；
[0027] 第一三极管，其发射极接地，其基极通过一第一电阻接控制器相应控制端；
[0028] 第一 M0S管和第二M0S管，其漏极均连接到所述第一二极管的正极，其源极均连接 到直流电源正极，其栅极均连接到所述第一三极管的集电极，其栅极还均通过一第二电阻 与直流电源正极连接。
[0029] 更进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述可充放电装置供 电开关包括：
[0030] 第二二极管，其负极连接到所述第二级DC/DC模块的输入端；
[0031] 第二三极管，其发射极接地，其基极通过一第三电阻接控制器相应控制端，该控制 端通过一第四电阻接地；
[0032] 第三M0S管和第四M0S管，其漏极均连接到所述第二二极管的正极，其源极均连接 到可充放电装置正极，其栅极均连接到所述第二三极管的集电极，其栅极还均通过一第五 电阻与可充放电装置正极连接；
[0033] 所述可充放电装置正极通过串联的第六电阻和第七电阻接地，所述第七电阻两端 并联一第一电容，所述第六电阻和第七电阻之间的连接点为所述可充放电装置的电压检 测点。
[0034] 更进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述充电开关包括：
[0035] 第三二极管，其负极连接到可充放电装置正极；
[0036] 第三三极管，其发射极接地，其基极通过一第八电阻接控制器相应控制端，该控制 端通过一第九电阻接地；
[0037] 第五M0S管和第六M0S管，其漏极均连接到所述第三二极管的正极，其源极均连 接到直流电源正极，同时其源极与第四二极管正极连接并通过同向串联的第四二极管、第 五二极管及第十电阻与所述第三二极管的正极相连，其栅极均连接到所述第三三极管的集 电极，其栅极还均通过一第十一电阻与直流电源正极连接；
[0038] 所述可充放电装置正极通过串联的第六电阻和第七电阻接地，所述第七电阻两端 并联一第一电容，所述第六电阻和第七电阻之间的连接点为所述可充放电装置的电压检测 点。
[0039] 进一步地，在本发明所述的无死区感应取电电源系统中，所述可充放电装置包括 锂电池。
[0040] 相应地，本发明还提供了一种电源管理方法，其用于为负载不间断供电，该电源管 理办法采用感应取电装置和可充放电装置，所述电源管理方法包括步骤：
[0041] 判断感应取电装置的负载能力等级和可充放电装置的电量等级；
[0042] 将感应取电装置、可充放电装置以及负载之间的连接关系设置为若干供电状态；
[0043] 将感应取电装置的负载能力等级和可充放电装置的电量等级两两组合，根据电源 质量要求将这些组合作为所述供电状态之间的转换条件；
[0044] -旦对应的转换条件出现，则当前供电状态发生转换，否则维持当前供电状态不 变。
[0045] 进一步地，在本发明所述的电源管理方法中，所述供电状态包括：
[0046] 第一供电状态，仅可充放电装置为负载供电；
[0047] 第二供电状态，感应取电装置和可充放电装置的其中之一为负载供电；
[0048] 第三供电状态，感应取电装置和可充放电装置的其中之一为负载供电，且感应取 电装置为可充放电装置充电。
[0049] 在上述电源管理方法中，所述第二供电状态和第三供电状态的感应取电装置和可 充放电装置的选择根据线路电流与启动电流的关系做出，从而实现负载供电的无缝切换。
[0050] 进一步地，在本发明所述的电源管理方法中，所述感应取电装置的带载能力由低 到高划分为A、B、C三个等级，分别对应感应取电装置不足以驱动负载、可以驱动负载但不 足以为可充放电装置充电、可以驱动负载且可以为可充放电装置充电三种情况；所述可充 放电装置的电量由低到高划分为X、Y、Z三个等级，分别对应可充放电装置的过放电状态、 正常工况、和电量充满三种情况；所述转换条件包括：由第一供电状态转换为第二供电状 态的BX/BY/BZ/CX/CZ ;由第二供电状态转换为第一供电状态的AX/AY/AZ ;由第一供电状态 转换为第三供电状态的CY ;由第三供电状态转换为第一供电状态的AX/AY/AZ ;由第二供 电状态转换为第三供电状态方向的CY ;由第三供电状态转换为第二供电状态的BX/BY/BZ/ CX/CZ。
[0051] 在上述电源管理方法中，所述转换条件和供电状态的转换之间的对应关系通过逻 辑分析得到，例如转换条件BX表征的是感应取电带载能力可以驱动负载但不足以为充电 电池充电，同时充电电池过放电，此时由逻辑分析得状态转换应趋向感应取电和充电电池 其中之一为负载供电，即第二供电状态，因此转换条件BX触发由第一供电状态往第二供电 状态转换，或由第三供电状态往第二供电状态方向转换，或维持第二供电状态不变。其它转 换条件和状态转换之间的对应关系同理，此处不一一例举。
[0052] 进一步地，在本发明所述的电源管理方法中，所述感应取电装置为可充放电装置 充电是采用变速PWM (脉冲宽度调制）方式。
[0053] 感应取电装置可支持的充电功率随原边电流上升而提升。若原边电流一定，感应 取电装置的电压随充电功率的提升而跌落。为了平稳且高效地利用感应所得的功率，上述 电源管理方法采用变速PWM方式对可充放电装置进行充电，即原边电流上升时，增加充电 功率，原边电流下降时，降低充电功率。
[0054] 进一步地，在本发明所述的电源管理方法中，当所述供电状态由第一供电状态转 换为第三供电状态或由第二供电状态转换为第三供电状态时，初始化PWM充电的占空比； 当维持第三供电状态不变时，根据感应取电装置的电压调节所述占空比，若感应取电装置 的电压偏高，则增大所述占空比以降低感应取电装置的电压，若感应取电装置的电压偏低， 则减小所述占空比以升高感应取电装置的电压。
[0055] 进一步地，在本发明所述的电源管理方法中，选定感应取电装置电压的若干阈值， 对应所述阈值划分的不同阈值区间以设定不同的占空比调节目标和调节步长。
[0056] 进一步地，在本发明所述的电源管理方法中，将所述阈值选定为三个，其由高到低 分别为U H、UM和队；进行下述步骤：
[0057] (1)判断感应取电装置的电压是否>UH，若为是，则以5%的步长增加占空比至调节 目标50%及以上，然后跳至步骤（4);若为否，则进行下一步；
[0058] (2)判断若感应取电装置的电压是否〉UM，若为是，则以1 %的步长增加占空比至调 节目标50%及以上，然后跳至步骤（4);若为否，则进行下一步；
[0059] (3)判断感应取电装置的电压是否〈队，若为是，则以1 %的步长减小占空比至调节 目标1%及以下，然后跳至步骤（4);若为否，则进行下一步；
[0060] (4)结束占空比调节。
[0061] 本发明所述的电源管理方法，通过判断感应取电装置的带载能力和可充放电装置 的电量，调整感应取电装置、可充放电装置以及负载之间的连接关系，以适应包括电压稳 定、不间断等在内的电源质量要求。本发明采用了状态机思想，即通过输入条件控制状态输 出，且输入条件采用排列组合的穷举方式，逻辑严密科学，能有效管理感应取电装置和可充 放电装置为负载混合不间断供电，还能够实现感应取电装置为可充放电装置的充电，从而 解决了目前感应取电电源中存在的供电间断及电池能量损耗补充问题。
[0062] 在本技术方案中，感应取电装置的带载能力和可充放电装置的电量以感应取电装 置的电压、可充放电装置的电压以及负载电压作为判断依据。由于感应取电装置在空载情 况下和带额定负载两种情况下同等电压表征的带载能力是不同的，在使用电压判断感应取 电装置的带载能力前，需要对当前感应取电带载情况即负载电压进行判断，若负载电压高 于可充放电装置的供电电压，则可认为当前感应取电装置在为负载供电，反之则认为可充 放电装置为负载供电。
[0063] 本发明所述的无死区感应取电电源系统和电源管理方法具有以下优点：
[0064] 1)能灵活适应包括电压稳定、不间断等在内的电源质量要求；
[0065] 2)逻辑严密科学，能有效管理感应取电和充电电池为负载混合不间断供电及感应 取电为充电电池充电，从而解决目前感应取电电源中存在的供电间断及电池能量损耗补充 问题；
[0066] 3)实现感应取电的削峰填谷，有效解决取电电源工作死区问题；
[0067] 4)采用变速PWM方式对充电电池进行充电，平稳且高效地利用感应所得的功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0068] 图1为本发明所述的无死区感应取电电源系统在一种实施方式下的结构示意图。
[0069] 图2为本发明所述的无死区感应取电电源系统在一种实施方式下的第一级DC/DC 模块电路图。
[0070] 图3为本发明所述的无死区感应取电电源系统在一种实施方式下的第二级DC/DC 模块电路图。
[0071] 图4为本发明所述的无死区感应取电电源系统在一种实施方式下的电源管理模 块结构示意图。
[0072] 图5为本发明所述的无死区感应取电电源系统在一种实施方式下的感应取电供 电开关电路图。
[0073] 图6为本发明所述的无死区感应取电电源系统在一种实施方式下的充电电池供 电开关电路图。
[0074] 图7为本发明所述的无死区感应取电电源系统在一种实施方式下的充电开关电 路图。
[0075] 图8为本发明所述的电源管理方法在一种实施方式下的流程图。
[0076] 图9为本发明所述的电源管理方法在一种实施方式下的状态转换逻辑图。
[0077] 图10为本发明所述的电源管理方法在一种实施方式下的PWM占空比调节流程图。
【具体实施方式】
[0078] 以下将根据具体实施例及说明书附图对本发明所述的无死区感应取电电源系统 和电源管理方法做进一步说明，但是该说明并不构成对本发明的不当限定。
[0079] 为方便说明，以下先说明无死区感应取电电源系统，然后结合该系统说明电源管 理方法。
[0080] 图1显示了本发明所述的无死区感应取电电源系统的一种实施例结构。图2-图 7分别显示了该实施例中的第一级DC/DC模块电路、第二级DC/DC模块电路、电源管理模块 结构、感应取电供电开关电路、充电电池供电开关电路以及充电开关电路。
[0081] 如图1所示，本发明所述的无死区感应取电电源系统的一种实施例结构包括：用 于从输电线路感应取电的取电线圈；功率控制及过压保护模块，其输入端与取电线圈连接； 整流模块，其输入端与功率控制及过压保护模块的输出端连接；滤波模块，其输入端与整流 模块的输出端连接，滤波模块的输出端与第一级DC/DC模块的输入端连接，第一级DC/DC模 块将感应取得的电能输出；可充放电装置（包括锂电池）；电源管理模块，其与第一级DC/ DC模块的输出端连接，并与可充放电装置连接；第二级DC/DC模块，其与电源管理模块连 接，第二级DC/DC模块的输出端用于连接负载；其中，电源管理模块根据第一级DC/DC模块 的输入电压、可充放电装置的电压以及第二级DC/DC模块的输入电压，输出相应的控制信 号，以控制可充放电装置、第一级DC/DC模块、第二级DC/DC模块和负载之间的连通或断开 状态，以使感应取电装置和可充放电装置为负载不间断供电以及感应取电装置对可充放电 装置的充电。其中，取电线圈（磁芯+绕线）套装在线路上，从线路上感应出交流电，经过 功率控制及过压保护、整流、滤波，输送到第一级DC/DC模块转换为5V输出；电源管理模块 包括充电管理及供电管理两部分，在供电管理模块控制下，5V输出可经第二级DC/DC模块 转换为负载需要的3. 3V输出供给负载；在取电充足时，5V输出可通过充电管理模块为标称 电压为3. 7V的锂电池充电。
[0082] 如图2所示，本实施例的第一级DC/DC模块电路包括DC/DC芯片U3及其外围电 路，其元器件及连接关系如图中所示。其中，电阻R4和R5起到分压和采样的作用，感应取 电电压CT_Volt用于连接到电源管理模块，电容C6为滤波电容，旨在消除电阻R5上的毛 刺，稳压二极管D7将电阻R5两端电压限制在3V以内。元器件型号/参数选择：芯片U3型 号为LM78H05-500,二极管D6型号为TSMC60A，二极管D8型号为SS32,电解电容El、E2、E3 参数均为100 μ F/100V/105°，电容C5、C6参数均为0. 1 μ F/100V，电阻R4、R5参数分别为 lOOkQ、4. 7kQ。
[0083] 如图3所示，本实施例的第二级DC/DC模块电路包括DC/DC芯片U4及其外围电路， 其元器件及连接关系如图中所示。其中，电阻R26和R27起到分压和采样的作用，负载电压 LTC_Volt用于连接到电源管理模块，考虑到此处采样的电压范围为0至5V以及电源管理模 块的耐受电压，选择R26、R27的阻值为10千欧。芯片U4的RUN引脚用于连接到电源管理 模块，以控制第二级DC/DC模块输出的开通和关断。元器件型号/参数选择：芯片U4型号 为LTC1878,电解电容E4、E5参数均为220 μ F，电容C13、C14、C15、C16参数分别为0· 1 μ F、 220pF、0. 1 μ F、0. 1 μ F，电感 L1 参数为 22 μ Η，电阻 R28、R29 参数分别为 20k Ω、62k Ω。
[0084] 如图4所示，本实施例的电源管理模块包括单片机U及其控制的四个开关，分别是 充电开关Charge_switch、感应取电供电开关CT_switch、充电电池供电开关BATT_switch 以及负载开关Load_ SWitch，单片机U的ADC 口用于对负载电压LTC_Volt (U4的输入电压）、 锂电池电压BATT_Volt以及感应取电电压CT_Volt(U3的输入电压）进行采样，单片机U的 DIGITAL I/O 口用于控制四个开关的通断。其元器件及连接关系如图中所示。负载开关 Load_Switch连接到U4的RUN脚，控制U4的开通与关断。
[0085] 如图5所示，本实施例的感应取电供电开关CT_switch电路包括M0S管Ql、Q2， 三极管Q3及其外围电路，其元器件及连接关系如图中所示，二极管D9的负极用于连接到 U4的输入端。元器件型号/参数选择：Ql、Q2为P沟道M0S管NTR4101PT1G，Q3为三极管 C9013,电阻R7、R9阻值均为10k Ω，二极管D9型号为SS32_X。
[0086] 如图6所示，本实施例的充电电池供电开关BATT_switch电路包括M0S管Q13、 Q14,三极管Q15及其外围电路，其元器件及连接关系如图中所示，二极管D13的负极用于连 接到U4的输入端。元器件型号/参数选择：Q13、Q14为P沟道MOS管NTR4101PT1G，Q15 为三极管C9013,电阻R24、R25阻值均为lOkQ，电阻R21、R22、R23阻值均为lOOkQ，电容 C12 为 0. 01 μ F，二极管 D13 型号为 SS32,锂电池 Lion BATTARY 电压 3. 7VDC。
[0087] 如图7所示，本实施例的充电开关Charge_switch电路包括M0S管Q7、Q8,三极管 Q9及其外围电路，其元器件及连接关系如图中所示。其中，二极管DIO、Dl 1及电阻R18构 成涓流充电回路，R18起限流作用，二极管D12可防止电池电流倒灌；经R21、R22分压后的 锂电池电压BATT_Volt用于送入单片机U，电容C12起到消除R22上毛刺的作用。元器件 型号/参数选择：Q7、Q8为P沟道M0S管NTR4101PT1G，Q9为三极管C9013,电阻R17、R16、 R30阻值均为10kQ，电阻R18阻值均为100Ω，电阻R21、R22阻值均为lOOkQ，电容C12为 0. 01 μ F，二极管D12型号为SS32,二极管D10、D11型号为1Ν4148,锂电池Lion BATTARY电 压 3. 7VDC。
[0088] 以下结合上述无死区感应取电电源系统实施例的结构，说明应用于该系统实施例 的电源管理方法。
[0089] 图8显示了本实施例的电源管理方法的流程。图9显示了本实施例的电源管理方 法的状态转换逻辑。图10显示了本实施例的电源管理方法的PWM占空比调节流程。
[0090] 如图8所示，结合参考图1-7,本实施例的电源管理方法的流程由电源管理模块执 行，包括下列步骤：
[0091] 上电 P0WERUP;
[0092] 系统初始化；
[0093] 单片机U的定时器产生固定周期的时间标记，标记来临时，单片机U采样感应取电 电压CT_Volt、锂电池电压BATT_Volt以及负载电压LTC_Volt ;
[0094] 判定当前感应取电的带载能力以及锂电池电量：若负载电压LTC_Volt高于锂电 池电压BATT_Volt与二极管导通压降之和，则认为当前感应取电在为负载供电，反之则认 为锂电池在为负载供电；根据取电电压CT_Volt及其带载情况，判定当前感应取电的带载 能力，设定两个电压阈值，将其带负载能力由低到高划分为A、B、C三个等级，分别对应感应 取电不足以驱动额定负载、可以驱动额定负载但不足以为锂电池充电、可以驱动负载且可 以为锂电池充电三种情况；根据锂电池电压BATT_Volt近似判断当前锂电池电量，设定两 个电压阈值，将锂电池电量由低到高划分为X、Y、Z三个等级：X对应电池的过放电状态，过 放电后锂电池寿命下降，且不宜充电；Y对应电池正常工况，可充电；Z对应电池充满的情 况；
[0095] 单片机U的状态机状态判定并转移：将感应取电、充电电池以及负载之间的关系 通过充电开关Charge_switch、感应取电供电开关CT_switch、充电电池供电开关BATT_ switch以及负载开关Load_switch组合为状态1、2、3三个状态，该状态由状态机输出逻辑 控制，如下表1所示：
[0096] 表1状态机输出逻辑
[0097] 1 2 3 CTswitch Off On On Chargcswitch Off Off PWMOn BATTswitch On On On Loadswitch On On On
[0098] 表1中，充电电池供电开关BATT_switch、感应取电供电开关CT_switch均为ON时 皿05管叭、〇2、〇13、〇14均导通，线路电流高于启动电流时仍输出电压为5￥，高于锂电池电 压，二极管D9导通、D13关断，U4由U3供电；低于启动电流时U3的电压跌落至锂电池电压 以下，二极管D13导通、D9关断，锂电池投入供电。该设计可有效避免因切换电源导致的供 电中断。
[0099] 如图9，将感应取电带载能力等级和充电电池电量等级进行排列组合，将这些排列 组合依据电源质量要求进行筛选作为所述状态两两之间的转换条件，该转换条件具有方向 性；当当前状态的转换条件出现时，当前状态沿着所述当前状态的转换条件方向进行状态 转换，否则维持当前状态不变。
[0100] 单片机U以判定的当前感应取电的带载能力以及锂电池电量作为状态机输入，按 照图9的状态转换逻辑转换状态，然后刷新状态机输出。其中充电开关Charge_ switch是 以PWM波的形式输出，具体来说是由单片机U的PCA (可编程计数阵列）输出占空比可变的 PWM波以得到期望的充电功率，该占空比由下述充电的变速PWM调节方法确定。状态机输出 保持不变，直到下一个时间标记来临。
[0101] 如图1〇,给出了一种充电的变速PWM调节方法，当单片机U的状态机由状态1或状 态2转向状态3时，初始化PWM充电的占空比为1% ;当前一个状态也是状态3时，根据感 应取电电压CT_Vo 11调节占空比。感应取电电压CT_Vo 11高则增大占空比，低则减小占空 t匕。为了提升调节效率，若感应取电电压CT_Volt高于一个较大的阈值UH，则增加占空比 的步长为5%，否则使用1%的步长调节占空比，最终将感应取电电压CT_Volt稳定在阈值 队和仏之间。阈值％、仏和队通过实验测定。最大占空比限定为50%，以避免充电电流超 过U3的最大负载电流。
[0102] 需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局 限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直 接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种无死区感应取电电源系统，其特征在于，包括： 感应取电装置，其包括取电线圈和第一级DC/DC模块，所述取电线圈用于套设在输电 线路外，以从输电线路感应取电；所述第一级DC/DC模块将感应取得的电能输出； 可充放电装置； 电源管理模块，其与所述第一级DC/DC模块的输出端连接，并与可充放电装置连接； 第二级DC/DC模块，其与所述电源管理模块连接，所述第二级DC/DC模块的输出端用于 连接负载； 其中，电源管理模块根据第一级DC/DC模块的输入电压、可充放电装置的电压以及第 二级DC/DC模块的输入电压，输出相应的控制信号，以控制可充放电装置、第一级DC/DC模 块、第二级DC/DC模块和负载之间的连通或断开状态，以使感应取电装置和可充放电装置 为负载不间断供电以及感应取电装置对可充放电装置的充电。
2. 如权利要求1所述的无死区感应取电电源系统，其特征在于，所述感应取电装置还 包括： 功率控制及过压保护模块，其输入端与所述取电线圈连接； 整流模块，其输入端与所述功率控制及过压保护模块的输出端连接； 滤波模块，其输入端与所述整流模块的输出端连接，所述滤波模块的输出端与第一级 DC/DC模块的输入端连接。
3. 如权利要求1所述的无死区感应取电电源系统，其特征在于，所述电源管理模块包 括控制器和由控制器控制的四个开关，该四个开关分别是 ： 充电开关，其设于第一级DC/DC模块和可充放电装置之间，使第一级DC/DC模块和可充 放电装置连通或断开； 感应取电供电开关，其设于第一级DC/DC模块和第二级DC/DC模块之间，使第一级DC/ DC模块和第二级DC/DC模块连通或断开； 可充放电装置供电开关，其设于可充放电装置和第二级DC/DC模块之间，使可充放电 装置和第二级DC/DC模块连通或断开；以及 负载开关，其设于第二级DC/DC模块和负载之间，使第二级DC/DC模块和负载连通或断 开。
4. 如权利要求1所述的无死区感应取电电源系统，其特征在于，所述可充放电装置包 括锂电池。
5. -种电源管理方法，用于为负载不间断供电，其特征在于，该电源管理办法采用感应 取电装置和可充放电装置，所述电源管理方法包括步骤： 判断感应取电装置的负载能力等级和可充放电装置的电量等级； 将感应取电装置、可充放电装置以及负载之间的连接关系设置为若干供电状态； 将感应取电装置的负载能力等级和可充放电装置的电量等级两两组合，根据电源质量 要求将这些组合作为所述供电状态之间的转换条件； 一旦对应的转换条件出现，则当前供电状态发生转换，否则维持当前供电状态不变。
6. 如权利要求5所述的电源管理方法，其特征在于，所述供电状态包括： 第一供电状态，仅可充放电装置为负载供电； 第二供电状态，感应取电装置和可充放电装置的其中之一为负载供电； 第三供电状态，感应取电装置和可充放电装置的其中之一为负载供电，且感应取电装 置为可充放电装置充电。
7. 如权利要求6所述的电源管理方法，其特征在于，所述感应取电装置的带载能力由 低到高划分为A、B、C三个等级，分别对应感应取电装置不足以驱动负载、可以驱动负载但 不足以为可充放电装置充电、可以驱动负载且可以为可充放电装置充电三种情况；所述可 充放电装置的电量由低到高划分为X、Y、Z三个等级，分别对应可充放电装置的过放电状 态、正常工况、和电量充满三种情况；所述转换条件包括：由第一供电状态转换为第二供电 状态的BX/BY/BZ/CX/CZ ;由第二供电状态转换为第一供电状态的ΑΧ/ΑΥ/ΑΖ ;由第一供电状 态转换为第三供电状态的CY ;由第三供电状态转换为第一供电状态的ΑΧ/ΑΥ/ΑΖ ;由第二供 电状态转换为第三供电状态方向的CY ;由第三供电状态转换为第二供电状态的ΒΧ/ΒΥ/ΒΖ/ CX/CZ。
8. 如权利要求6所述的电源管理方法，其特征在于，所述感应取电装置为可充放电装 置充电是采用变速PWM方式。
9. 如权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，当所述供电状态由第一供电状态 转换为第三供电状态或由第二供电状态转换为第三供电状态时，初始化PWM充电的占空 t匕；当维持第三供电状态不变时，根据感应取电装置的电压调节所述占空比，若感应取电装 置的电压偏高，则增大所述占空比以降低感应取电装置的电压，若感应取电装置的电压偏 低，则减小所述占空比以升高感应取电装置的电压。
10. 如权利要求9所述的电源管理方法，其特征在于，选定感应取电装置电压的若干阈 值，对应所述阈值划分的不同阈值区间以设定不同的占空比调节目标和调节步长。
11. 如权利要求10所述的电源管理方法，其特征在于，将所述阈值选定为三个，其由高 到低分别为UH、U M和队；进行下述步骤： (1)判断感应取电装置的电压是否>UH，若为是，则以5%的步长增加占空比至调节目标 50%及以上，然后跳至步骤（4);若为否，则进行下一步； ⑵判断若感应取电装置的电压是否〉UM，若为是，则以1 %的步长增加占空比至调节目 标50%及以上，然后跳至步骤（4);若为否，则进行下一步； (3) 判断感应取电装置的电压是否〈队，若为是，则以1 %的步长减小占空比至调节目标 1%及以下，然后跳至步骤（4);若为否，则进行下一步； (4) 结束占空比调节。
【文档编号】H02J7/00GK104113126SQ201410362557
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】刁慕檩 申请人:上海载物能源科技有限公司