电缆温度监测装置的取能电源电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发涉及交流电网侧电缆温度监测领域，特别涉及一种电缆温度监测装置的取能 电源电路。
[0002]
【背景技术】
[0003] 电缆的温度在线监测对于系统运行十分重要，但由于其节点多、分布广、环境条件 恶劣、以及监测设备安装困难等原因，使得监测设备采用电池供电方式不能较好适用。因 此，迫切需要一种稳定可靠、安装方便且免维护的供电电源解决方案。现有的适用于输电线 路的监测设备供电方法如太阳能、电容分压等又难以移植到电缆监测系统供电中。其他新 颖供电方式如激光、微波和超声波，却又面临造价高、转换效率低或电磁干扰问题。
[0004] 鉴于电缆一般敷设于地下、具有较厚的绝缘层保护，不能采用太阳能和电容分压 方式。但当电缆工作在单相模式下时，其内导体上的交变电流将在电缆外部空间激发较强 的准静态磁场，因而可基于电磁感应原理，利用电缆外部放置的线圈感应出电压并取能，类 似于电流互感器原理，并称为电流互感器模式，为提高感应电压，线圈通常带有铁芯，其优 点是结构简单，但也存在小电流有死区、大电流易饱和、过电流则感应过电压等问题。尽管 如此，相当于其他供能方式，电流互感器取能方式更为可行。
[0005] 但是，电流互感器取能在技术上存在一定的困难，主要原因是一次侧电流变化范 围较大，整流滤波后的电压会出现大范围的波动，后级的稳压环节设计比较困难。虽然采用 电流互感器开气隙的方法可以有效防止磁芯饱和，降低铁芯损耗，但输入侧电流变化范围 受到限制，通常只适用于电流变化比小于20 (最大值比最小值的比值）的场合，取能电流存 在工作"死区"，同时整流后的电压变化范围较大，应用上存在缺陷。
[0006] 如果能实现一次侧电流工作大范围变化下的取能，电流互感器的取能技术将能得 到更广泛的应用。因此，需要尽快解决电流互感器存在的电流变化不宽、取能效率低下、可 靠性不高等问题。
[0007]
【发明内容】
[0008] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供了一种能够实现 一次侧电流工作大范围变化下的取能，提高取能效率，克服电流互感器取能存在小电流时 有"取能死区"、大电流时互感器易饱和的不足的电缆温度监测装置的取能电源电路。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电缆温度监测装 置的取能电源电路，包括套设于电缆上的取能线圈、与所述取能线圈的二次侧绕组连接的 整流滤波电路、与所述整流滤波电路连接的稳压模块以及与所述稳压模块连接的超级电 容，所述稳压模块输出直流电源。
[0010] 进一步的，所述稳压模块采用宽输入、+5V输出的DC-DC降压模块。
[0011] 进一步的，还包括连接于所述取能线圈与所述整流滤波电路之间的冲击保护电 路。
[0012] 进一步的，还包括连接于整流滤波电路和稳压模块之间的过压保护电路。
[0013] 进一步的，所述冲击保护电路包括第一双向瞬态抑制二极管以及第二双向瞬态抑 制二极管，第一及第二双向瞬态抑制二极管的第一端与所述取能线圈的二次侧绕组的第一 端连接，第一及第二双向瞬态抑制二极管的第二端与所述取能线圈的二次侧绕组的第二端 连接，所述第一及第二双向瞬态抑制二极管的两端还直接与整流滤波电路的输入端连接。
[0014] 进一步的，所述整流滤波电路包括整流桥以及滤波电容C1，所述整流桥的其中一 个输入端均与第一及第二双向瞬态抑制二极管的第一端连接，所述整流桥的另一个输入端 与第一及第二双向瞬态抑制二极管的第二端连接；所述整流桥的其中一个输出端与滤波电 容Cl的正端连接，所述整流桥的另一个输出端与滤波电容Cl的负端连接，所述滤波电容Cl 的负端接地。
[0015] 进一步的，所述过压保护电路包括单向瞬态抑制二极管D3、电阻RU电阻R2以及 MOS管Q1，所述单向瞬态抑制二极管D3的阴极与电容Cl的正端连接，阳极通过所述电阻 Rl接地，所述单向瞬态抑制二极管D3与电阻Rl之间的节点与所述MOS管的栅极连接，所 述MOS管Ql的漏极通过所述电阻R2与所述单向瞬态抑制二极管D3的阴极连接，所述MOS 管Ql的源极与所述DC-DC降压模块连接，所述MOS管Ql的漏极还通过所述电阻R2与所述 DC-DC降压模块连接。
[0016] 进一步的，所述DC-DC降压模块包括降压芯片U1、若干电阻、若干电容、二极管D4、 电感Ll，所述降压芯片Ul的VCC引脚通过接口 J3与MOS管Ql连接，所述降压芯片Ul的 TCAP引脚通过电容C2接地，所述降压芯片Ul的DRC引脚、IS引脚、SWC引脚均依次通过电 阻R3、电容C3接地，还与接口 J3相接，所述降压芯片Ul的SWE引脚与所述二极管D4的阴 极相连，所述二极管D4的阳极接地，所述降压芯片Ul的SWE引脚还依次通过电感LU电阻 R4、电阻R5接地，所述电感Ll与电阻R4的节点还通过电容C4接地，还与输出接口 J4的第 一引脚相连，所述输出接口的第二引脚接地，所述降压芯片Ul的CII引脚与电阻R4与电阻 R5之间的节点相连，所述降压芯片Ul的GND引脚接地。
[0017] 进一步的，所述取能线圈带有铁芯。
[0018] 进一步的，所述取能线圈为电流互感器。
[0019] 本发明的电缆温度监测装置的取能电源电路，具有以下有益效果：1.解决了电流 互感器取能存在小电流时有"取能死区"的问题，即一次侧电流较小，输出电压低而未能满 足供电要求，提出采用超级电容储能作为监测系统的备用供电，以备在感应取电不足的场 合使用；2.解决了电流互感器取能存在大电流时饱和的问题，即一次侧电流较大，输出电 压高，提出采用宽输入DC-DC稳压电路来保证5V输出电压的稳定，DC-DC降压模块相对于线 性稳压具有效率高、体积小的优势。即使在输入输出电压降很大时，效率不会降低，而且电 源不需要大的散热器；3.抗故障能力强。对于一次侧发生短路故障而造成的过电流，二次 侧将感应出冲击过电压，因而设计了冲击保护电路，以保障后端模块的安全。4.电路简单， 体积小，重量轻。采用电子元器件，便于集成，可将该供电装置直接挂在电缆上。5.可扩展 性强。可根据需要调整互感器和超级电容，以达到更高的输出电压和功率。6.安装方便，采 用开合式电流互感器，可直接套在现有电缆上，无需断开电缆接头安装。
[0020]
【附图说明】 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1是本发明的电缆温度监测装置的取能电源电路的方框图。
[0022] 图2是图1中冲击保护电路、整流滤波电路及过压保护电路原理图。
[0023] 图3是图1中DC-DC降压模块原理图。
[0024] 图4是本发明电缆温度监测装置的取能电源电路的源测试电路图。
[0025] 图5是一次侧输入70A时电流互感器输出波形图。
[0026] 图6是桥式整流电路输出波形图。
[0027] 图7是DC-DC降压模块的空载输出波形图。
[0028] 图8是取能电源输出电压与负载的关系曲线图。
[0029]
【具体实施方式】
[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0031] 请参见图1至图3,本实施例的电缆温度监测装置的取能电源电路，包括套设于电 缆100上的取能线圈201、与所述取能线圈201相连的冲击保护电路202、与所述冲击保护 电路202相连的整流滤波电路203、与所述整流滤波电路203相连的过压保护电路204、与 所述过压保护电路204相连的稳压模块205、与所述稳压模块205相连的超级电容206,所 述稳压模块205输出直流电源。电缆100穿过取能线圈201，取能线圈201两端将感应出电 动势，经过冲击保护电路202、整流滤波电路203输出直流电压，再经过过压保护电路204， 最后再采用稳压模块205并结合超级电容206得到5V电压输出。其中： 所述冲击保护电路202包括第一双向瞬态抑制二极管Dl以及第二双向瞬态抑制二极 管D2,第一及第二双向瞬态抑制二极管D1、D2的第一端与所述取能线圈201的二次侧绕组 的第一端连接，第一及第二双向瞬态抑制二极管Dl、D2的第二端与所述取能线圈201的二 次侧绕组的第二端连接，所述第一及第二双向瞬态抑制二极管Dl、D2的两端还直接与整流 滤波电路203的输入端连接。本实施例中，所述第一及第二双向瞬态抑制二极管Dl、D2的 两端通过接口 Jl与取能线圈201的两端分别连接。本实施例中，所述冲击保护电路202还 包括自恢复保险丝Fl，所述第一及第二双向瞬态抑制二极管DI、D2的第二端通过所述自恢 复保险丝Fl与取能线圈201的二次侧绕组的第二端连接。自恢复保险Fl起冲击电流保护 作用，当发生短路故障而电流过大时，保险Fl熔断。双向瞬态抑制二极管Dl、D2起冲击电 压保护作用，正常状态下Dl、D2不工作，当二次侧绕组感应出较高冲击电压时，双向瞬态抑 制二极管Dl、D2反向击穿，把两端电压钳位在一定的数值上，保护后续电路不被瞬间冲击 电压损坏。
[0032] 所述整流滤波电路203包括整流桥以及滤波电容C1，所述整流桥的其中一个输入 端均与第一及第二双向瞬态抑制二极管Dl、D2的第一端连接，所述整流桥的另一个输入端 与第一及第二双向瞬态抑制二极管D1、D2的第二端连接；所述整流桥的其中一个输出端与 滤波电容Cl的正端连接，所述整流桥的另一个输出端与滤波电容Cl的负端连接，所述滤波 电容Cl的负端接地。整流电路选用二极管桥式整流电路。Cl为滤波电容，考虑二次侧感应 电压波形可能因磁芯饱和而出现较大失真，Cl取为3300 μ F大电容以平滑波形纹波。
[0033] 所述过压保护电路204包括单向瞬态抑制二极管D3、电阻RU电阻R2以及MOS管 Q1，所述单向瞬态抑制二极管D3的阴极与电容Cl的正端连接，阳极通过所述电阻Rl接地， 所述单向瞬态抑制二极管D3与电阻Rl之间的节点与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管 Ql的漏极通过所述电阻R2与所述单向瞬态