一种基于多线圈投切技术的宽动态范围高压导线取能装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于多线圈投切技术的宽动态范围高压导线取能装置，是基于电磁感应原理实现的，主要用于高压导线上设备的电源供给。

背景技术：

高压导线取能装置利用电磁感应原理，将电力母线上的电能转换为磁能后再转换为电能，经过整流，滤波，稳压环节后，得到负载所需要的电源，具有结构简单，成本低廉等优点，但是当一次电流较小时，负载端无法获取足够的功率，存在供电死区；当一次电流情况较大时，热耗增大，难以适应一次大电流情况。

为了提高耦合取能装置的一次工作电流的上限值，目前主要的措施是采取反馈式和斩波式；为了降低耦合取能装置的供电死区，可以通过降低高压侧电路的功耗，改进铁芯材料来改善。但是，以上措施都不具有根据一次电流大小改变匝比功能，无法兼顾电流动态范围的上限和下限。若要提高上限值，则必须增大匝比，从而增大了供电的死区，所以耦合取能装置适应一次电流动态范围仍然较小。

所以，如何设计一种基于多线圈投切技术的宽动态范围高压导线取能装置，成为我们当前要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，针对现有的耦合取能技术中，一次电流动态适应范围窄，取能效率低，线圈投切时产生过电压等问题，提出一种基于多线圈投切技术的适应宽动态范围母线电流的取能装置，其取能效率高，能够根据一次电流大小自动投切线圈，并加入相关控制电路消除投切过程中继电器触头上的过电压问题，保证电路长期稳定运行。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于多线圈投切技术的适应宽动态范围母线电流的取能装置，包括：包括耦合取能单元，投切控制单元，电压调整单元，微机控制单元。耦合取能单元为两个并联结构的取能线圈，其中一个其中一个线圈为永久闭合回路，另一个线圈根据一次电流大小进行投切以解决供电死区问题；投切控制单元为两个继电器及其驱动电路，其中一个继电器与投切线圈串接，该继电器为常开，另一个继电器与投切线圈并接，该继电器为常闭，投切时应遵循倒闸操作原则以避免在触头上产生过电压，动作信号由微控单元发出；电压调整单元由整流电路和斩波电路构成，微控单元采样负载两端的电压，利用PID算法调节PWM的脉宽来控制负载端电压，实现稳压的目的，此外，微控单元还负责监测一次电流大小并发出投切信号。

下面是对本实用新型专利技术方案的进一步优化：

进一步的，所述的投切控制单元当一次电流小于150A时，将投切线圈投入，当一次电流大于150A时，将线圈退出。投切控制单元中的两个继电器动作信号延时为0.01s。

进一步的，所述微控单元的的PID控制器中的P取0.43，I取0.023，D为0。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型利用两组线圈，采取并联结构进行取能，拓宽了适应一次工作电流的动态范围。在投切控制电路上采用双继电器结构，有效解决了投切过程中产生的过电压问题。通过DC/DC斩波电路控制负载的输入电流实现稳压稳功率的目的，同时降低了热耗。

附图说明

图1是本实用新型耦合取能装置的局部结构示意图；

图2是本实用新型投切控制单元的局部结构示意图；

图3是本本实用新型电压调整单元电路的局部结构示意图；

图4是本本实用新型微控单元电路的局部结构示意图；

附图中的编码分别为：1为永久闭合线圈；2为投切线圈；T₁为串联继电器；T₂为并联继电器；R₁，R₂，R₃，R₄为限流电阻；Q₁和Q₂为NPN型三极管；D₁和D₂为续流二极管；S₁和S₂为继电器的动作信号；L₁和L₂分别为继电器对应的线圈；D₃，D₄，D₅，D₆为整流二极管；L₃为平波电抗器，Q₄为开关管；D₇为续流二极管；C₁为稳压电容；R₅为第一分压电阻；R₆为第二分压电阻；I_in为耦合取能单元的输出；I_out为霍尔电流传感器的输出信号；R₇，R₈为下拉电阻，X₁为8M晶振；C₂，C₃为振荡电容；C₄为滤波电容；V_out为采样电压输出；GND为数字接地；JGND为模拟接地；V_CC为辅助电源。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种多功能胸外科手术台，两个取能线圈分别套装在电力母线上，继电器T₁，T₂分别与投切线圈相连，所述的永久闭合线圈一次侧匝数为1匝，二次侧两线圈匝数为150匝，投切线圈的一次侧匝数为1匝，二次侧两线圈匝数为100匝。当交变电流出现过流时，冲击保护电路的双向瞬态抑制二极管将由高阻态变为低阻态，防止过电流通过后续电路。

进一步的，所述的投切控制单元，当投切线圈投入工作时，应先闭合串联支路上的继电器后延时一段时间，再断开并联支路上的继电器；当投切退出工作时，应先闭合并联支路上的继电器后延时一段时间，再断开串联支路上的继电器。这样可以避免在继电器动作时，由于线圈在这一瞬间断路产生的过电压，其中继电器动作信号S₁与S₂由MCU发出。当S₁为高电平时，三极管Q₁导通，线圈L₁得电，继电器T₁动作，耦合取能单元的输出电流I_in与桥式整流电路相连，得到直流电流源。L₃为平波电抗器，用于滤除整流后的电流脉动量。Q₄为型号为IRF840的开关管，开关频率为50kHZ，其PWM驱动信号由MCU发生。当Q₄截止时，输入电流经过续流二极管D₇向负载供电并向电容充电；当Q₄导通时，电流通过Q₄短接，则续流二极管D₇截止，负载由电容供电。负载端电压由电阻R₅，R₆分压后由MCU采样。

工作原理：首先，负载的功耗为3W，两个取能线圈都采用0.3mm铜漆包线绕制，铁芯采用微晶合金材料。耦合取能装置的实验结果如表1所示。

当电流小于20A时，无法满足负载功率，当一次电流大于50A时，耦合取能装置均能满足负载要求，降低了供电死区。从理论分析可知，当一次电流下降至36A左右时则由于电流不足无法满足负载功率要求。若要进一步降低供电死区可以通过增加投切线圈数量或减小投切线圈匝数来实现。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。