CN101888121A - 架空线路的电流互感器取能与供电管理装置 - Google Patents

架空线路的电流互感器取能与供电管理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其关键在于:电流互感器的两个输出端连接在升压器的两个输入端上,所述升压器的两个输出端连接整流电路的两个输入端,整流电路的正极输出端连接稳压输出电路后接负载。所述升压器的第二输出端连接充电电路的电源输入端;整流电路的正极输出端连接采样比较电路后接充电电路的控制端,所述充电电路的输出端连接选通电路的电源输入端,选通电路的输出端连接升压电路的输入端,升压电路的输出端连接负载。迟滞比较电路与选通电路连接。本发明的显著效果是:在电流互感器取能过程中出现架空线路短路或者空载的情况时,安全稳定地为架空线路高压侧设备尤其是在线监测设备供电。

Description

架空线路的电流互感器取能与供电管理装置
技术领域
本发明涉及架空线路高压侧设备的供电电源装置,特别涉及架空线路的电流互感器取能与供电管理装置。
背景技术
随着电力系统架空线路与装备的在线监测技术的广泛应用,其监测功能和范围越来越广,使得设备对野外供电电源的要求越来越高。例如高压开关触点和电缆接头测温、导线覆冰状态在线监测、绝缘子污闪监测等系统,安装在高压现场,受地理条件、绝缘成本以及电气隔离安全要求的限制,高压电路在线监测设备的电源一般不能由低压端直接供给,电源供给成为制约高压在线监测系统发展的关键。
目前比较常用的供电方式有:采用太阳能板供电、电池供电、微波、光供电等方式。太阳能板供电电池板的体积庞大,不利于安装,而且易受气候的影响,在南方多雨多雾的气候条件下不适用。采用电池供电极其方便,但受到供电功率的限制,且需要经常性更换才能保证设备的正常运行。光供电方式是低压端将电能转换为光能,经光纤传送到高压端再转化为电能,为设备供电,该方式受地理条件限制因高压架空线路多经过一些偏僻的地方,如山区,森林等,需要另外增加低压端,进而增加成本,且设备复杂,成本高,转换效率与功率不大。近年来提出了架空线路供电方式:电压互感器取能与电流互感器取能。
但现有电压互感器取能与电流互感器取能技术的缺点是:存在一定的“工作盲区”架空线路短路或者“取能死区”架空线路空载,提供的功率有限,无法长期稳定地为架空线路高压侧设备尤其是在线监测设备提供足够的功率。
发明内容
本发明提供架空线路高压侧设备的供电电源装置,它能克服电压互感器取能与电流互感器取能存在“工作盲区”架空线路短路或者“取能死区”架空线路空载的不足,安全稳定地为架空线路高压侧设备尤其是在线监测设备供电。
本发明的技术方案如下:架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,包括电流互感器、过流保护电路、升压器、整流电路、稳压输出电路、充放电管理电路和充电电池,其关键在于:电流互感器的两个输出端连接在升压器的两个输入端上,所述升压器的两个输出端连接整流电路的两个输入端,所述整流电路的正极输出端连接低压电源电路,该低压电源电路的输出端输出低压电源,整流电路的正极输出端还连接稳压输出电路的输入端,该稳压输出电路的输出端连接负载;
所述整流电路的正极输出端连接采样比较电路的输入端,采样比较电路的输出端连接充电电路的控制端,该充电电路的电源输入端连接所述升压器的一个输出端,该充电电路的输出端连接选通电路的电源输入端,所述选通电路的第一电池充电端连接第一充电电池的正极,所述选通电路的第二电池充电端连接第二充电电池的正极,该选通电路的输出端连接升压电路的输入端,升压电路的输出端连接所述负载;
所述第一充电电池的正极连接迟滞比较电路的第一电压输入端,所述第二充电电池的正极连接迟滞比较电路的第二电压输入端,迟滞比较电路的总输出端接所述充电电路的充电使能端;
所述第一充电电池的正极还连接第二比较电路的反向输入端,所述第二充电电池的正极还连接第二比较电路的正向输入端,第二比较电路的输出端连接所述迟滞比较电路的控制端,迟滞比较电路的第一输出端与第一比较电路的正向输入端连接,迟滞比较电路的第二输出端与第一比较电路的反向输入端连接,第一比较电路的输出端连接所述选通电路的控制端。
在所述电流互感器的两个输出端之间并联有过流保护电路,该过流保护电路设置有第二双向瞬态电压抑制器TVS2、第一NMOS管和第二NMOS管,其中第二双向瞬态电压抑制器TVS2两端并联在所述电流互感器两个输出端之间;
所述第一NMOS管的源极与所述电流互感器的第一输出端连接,漏极与所述电流互感器的第二输出端连接,栅极串第三电阻后与所述电流互感器的第一输出端连接;
所述第二NMOS管的漏极与所述电流互感器的第一输出端连接,源极与所述电流互感器的第二输出端连接,栅极串第四电阻后与所述电流互感器的第二输出端连接;
所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极之间串接有第五电阻。
所述采样比较电路设置有第一比较器,该第一比较器的反向输入端串第六电阻后接地,该第六电阻的两端并联有电容,第一比较器反向输入端串第七电阻后接所述整流电路的正极输出端;第一比较器的正向输入端串第八电阻后接所述低压电源,第一比较器的正向输入端与输出端之间串联有第九电阻,第一比较器的输出端串第十电阻后接所述低压电源,该比较器的输出端接所述充电电路。
所述充电电路设置有第一PMOS管,该第一PMOS管的栅极接所述采样比较电路的输出端,该第一PMOS管的源极接所述升压器的一个输出端,该第一PMOS管的漏极接第一电感的前端,该第一电感的前端串第二电容后接地,该第一电感的后端串第三电容后接地,该第一电感的后端还串十一电阻后接充电芯片的输入端,所述充电芯片的输出端连接所述选通电路,所述充电芯片的充电使能端与所述迟滞比较电路的总输出端连接。
所述迟滞比较电路设置有运算放大器,运算放大器的正向输入端串十二电阻后接所述低压电源,运算放大器的正向输入端还串十三电阻后接地,该运算放大器的反向输入端连接输出端;
所述运算放大器的输出端串十四电阻后接第三比较器的正向输入端,所述第三比较器的正向输入端与输出端之间串联有十五电阻,第三比较器的输出端串十六电阻接所述低压电源;第三比较器的反向输入端接所述第一充电电池的正极,第一充电电池负极接地,第一充电电池的两端并联有第九电容,所述第三比较器的输出端与第一比较电路连接,该第三比较器的输出端还连接第二二极管的正端,该第二二极管的负端串下拉电阻十七电阻后接地,该第二二极管的负端还连接所述充电电路;
所述运算放大器的输出端还串十八电阻后接第四比较器的正向输入端,所述第四比较器的正向输入端与输出端之间串联有十九电阻,第四比较器的输出端串二十电阻后接所述低压电源;第四比较器的反向输入端接所述第二充电电池的正极,第二充电电池负极接地,所述第二充电电池的两端并联有第十电容,所述第四比较器的输出端与所述第一比较电路连接,该第三比较器的输出端还连接第三二极管的正端,该第三二极管的负端与所述第二二极管的负端连接;
所述第四比较器的输出端还连接在第三NMOS管的漏极,该第三NMOS管的源极接地,该第三NMOS管的栅极接所述第二比较电路。
所述第二比较电路中设置有第五比较器,第五比较器的反向输入端接所述第一充电电池的正极,正向输入端接第五二极管的负端,第五二极管的正端接所述第二充电电池的正极,第五比较器的正向输入端还串十八电阻后接地;第五比较器的输出端串十九电阻后接所述低压电源,第五比较器的输出端还接所述迟滞比较电路。
所述第一比较电路设置有第六比较器,第六比较器的正向输出端串二一电阻后接所述迟滞比较电路中第三比较器的输出端,第六比较器的正向输入端还串二二电阻后接地,第六比较器的反向输入端接所述迟滞比较电路中第四比较器的输出端,第六比较器的输出端接所述选通电路的控制端。
所述选通电路设置有第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管和第四NMOS管、第五NMOS管;
所述第二PMOS管的源极接所述充电电路的输出端,所述第二PMOS管的栅极接所述第一比较电路的输出端,所述第二PMOS管的漏极接所述第二充电电池的正极;
所述第五NMOS管的漏极接所述第二充电电池的正极,所述第五NMOS管的栅极接所述第一比较电路的输出端,所述第五NMOS管的源极接第二开关的前端;
所述第四NMOS管的漏极接所述充电电路的输出端,所述第四NMOS管的栅极接所述第一比较电路的输出端,所述第四NMOS管的源极接所述第一充电电池的正极;
所述第三PMOS管的源极接所述第一充电电池的正极,所述第三PMOS管的栅极接所述第一比较电路的输出端,所述第三PMOS管的漏极接所述第二开关的前端;
所述第四PMOS管的源极接所述第二充电电池的正极,所述第四PMOS管的栅极串二三电阻后接所述低压电源,所述第四PMOS管的栅极还串二四电阻后接地,所述第四PMOS管的漏极还连接所述第二开关的前端,该第二开关的后端接所述升压电路。
所述电流互感器设置有一次绕组、第一二次绕组和第二二次绕组;一次绕组的两端连接在高压架空线路上,第一二次绕组两端并联有第一瞬态电压抑制器;
第一二次绕组的两端连接第一全波整流电桥的输入端,全波整流电桥的正极输出端和负极输出端之间串联有第一分压电阻和第二分压电阻,第一分压电阻和第二分压电阻的连接点接CMOS管的栅极,CMOS管的源极接第一全波整流电桥的正极输出端,CMOS管的漏极串电阻后接第一全波整流电桥的负极输出端;
第二二次绕组的两端接所述过流保护电路。
所述电流互感器采用LZKK开启式电流互感器,该电流互感器用于从具有变化负荷的高压架空线路获取能量。
架空线路电流正常变化范围为0~750A,过电流状态可升高到上千安,所述过流保护电路用于在架空线路过流时调整功率分配,泄放多余的能量并吸收高压尖脉冲,将电压控制在电路能够承受的范围,避免对副边各器件造成的干扰和损坏,保证设备安全运行。
所述升压器将互感器输出端电压升高到设备需要的电压,并有效隔离电流互感器与负载。所述整流电路将所述升压器的输出电压实现AC-DC转换后,分两路输出,一路经所述稳压输出电路直接为所述负载在线设备供电,另一路驱动充电管理电路为充电电池充电。
所述充放电管理电路用于自动管理充电电池充放电状态,所述采样比较电路判断架空线路供能是否充足;所述迟滞比较电路用于判断充电电池是否需要充电,当充电电池需要充电低于3.7V,架空线路供能充足时,启动所述充电电路将该电池切换到充电状态进行充电,在架空线路供不足时候切断充电电路,并将另一块电池切换到准放电状态,通过充电电池放电电路再经升压电路升压稳压后并联接入输出供电端。所述选通电路用于切换两块充电电池的充电和放电的工作状态。
所述充电电池采用锂电池,具有供电稳定的特点。
本发明的有益效果是:1.供电质量较好,供能稳定,尤其对于功率变化较大的负载有较好的适应性;2.抗故障能力强。电网故障后,设备依靠充电电池供电仍然能够继续运行一段时间,防止采集数据的丢失,并能及时处理故障当前数据;3.电路简单,体积小,重量轻。采用电子元器件,便于集成,必要时可以将供电装置直接挂在架空线路上面。4.可扩展性强。可根据需要调整互感器和充电电池,以达到更高的输出电压和功率。
本发明采用了特制电流互感器从架空线路上直接取能的供电方案,结合锂电池供电稳定的特点,用锂电池做备用电源,解决了架空线路高压侧设备尤其是在线监测设备的供电难题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是电流互感器电路图。
图3是过流保护电路、升压器、整流电路、稳压输出电路和低压电源电路原理图。
图4是采样比较电路原理图。
图5是迟滞比较电路和充电电路原理图。
图6是第一比较电路原理图。
图7是选通电路原理图。
图8是第二比较电路原理图。
图9是升压电路原理图。
具体实施方式
如图1所示,本发明是一种架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,由电流互感器1、过流保护电路2、升压器3、整流电路4、稳压输出电路5、充放电管理电路6和充电电池7构成,其关键在于:电流互感器1的两个输出端连接在升压器3的两个输入端上,所述升压器3的两个输出端连接整流电路4的两个输入端,所述整流电路4的正极输出端V1连接低压电源电路,该低压电源电路的输出端输出低压电源VDD,整流电路的正极输出端V1还连接稳压输出电路5的输入端,该稳压输出电路5的输出端VCC连接负载;
所述整流电路4的正极输出端V1连接采样比较电路61的输入端,采样比较电路61的输出端连接充电电路64的控制端K2,该充电电路64的电源输入端Vt连接所述升压器3的一个输出端,该充电电路64的输出端连接选通电路63的电源输入端Vc,所述选通电路63的第一电池充电端连接第一充电电池71的正极VC1,所述选通电路63的第二电池充电端连接第二充电电池72的正极VC2,该选通电路63的输出端V连接升压电路65的输入端,升压电路65的输出端连接所述负载;所述第一充电电池71的正极VC1连接迟滞比较电路62的第一电压输入端,所述第二充电电池72的正极VC2连接迟滞比较电路62的第二电压输入端,迟滞比较电路的总输出端接所述充电电路64的充电使能端EN;
所述第一充电电池71的正极VC1还连接第二比较电路的反向输入端,所述第二充电电池72的正极VC2还连接第二比较电路的正向输入端,第二比较电路的输出端连接所述迟滞比较电路62的控制端QH,迟滞比较电路62的第一输出端EN1与第一比较电路的正向输入端连接,迟滞比较电路62的第二输出端EN2与第一比较电路的反向输入端连接,第一比较电路的输出端连接所述选通电路63的控制端K1。
在所述电流互感器1的两个输出端之间并联有过流保护电路2,该过流保护电路2设置有第二双向瞬态电压抑制器TVS2、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2,其中第二双向瞬态电压抑制器TVS2两端并联在所述电流互感器1两个输出端之间;
所述第一NMOS管N1的源极与所述电流互感器1的第一输出端连接,漏极与所述电流互感器1的第二输出端连接,栅极串第三电阻R3后与所述电流互感器1的第一输出端连接;
所述第二NMOS管N2的漏极与所述电流互感器1的第一输出端连接,源极与所述电流互感器1的第二输出端连接,栅极串第四电阻R4后与所述电流互感器1的第二输出端连接;
所述第一NMOS管N1和第二NMOS管N2的栅极之间串接有第五电阻R5。
所述采样比较电路61设置有第一比较器U1,该第一比较器U1的反向输入端串第六电阻R6后接地,该第六电阻R6的两端并联有电容CO,第一比较器U1反向输入端串第七电阻R7后接所述整流电路4的正极输出端V1;第一比较器U1的正向输入端串第八电阻R8后接所述低压电源VDD,第一比较器U1的正向输入端与输出端之间串联有第九电阻R9,第一比较器U1的输出端串第十电阻后接所述低压电源VDD,该比较器的输出端K2接所述充电电路64。
所述充电电路64设置有第一PMOS管P1,该第一PMOS管P1的栅极接所述采样比较电路61的输出端K2,该第一PMOS管P1的源极接所述升压器3的一个输出端Vt,该第一PMOS管P1的漏极接第一电感L1的前端,该第一电感L1的前端串第二电容C2后接地,该第一电感L1的后端串第三电容C3后接地,该第一电感L1的后端还串十一电阻R11后接充电芯片U7的输入端IN,所述充电芯片U7的输出端BAT连接所述选通电路63,所述充电芯片U7的充电使能端EN与所述迟滞比较电路62的总输出端连接。
所述迟滞比较电路62设置有运算放大器U2,运算放大器U2的正向输入端串十二电阻R12后接所述低压电源VDD,运算放大器U2的正向输入端还串十三电阻R13后接地,该运算放大器U2的反向输入端连接输出端;
所述运算放大器U2的输出端串十四电阻R14后接第三比较器U3的正向输入端,所述第三比较器U3的正向输入端与输出端之间串联有十五电阻R15,第三比较器U3的输出端串十六电阻R16接所述低压电源VDD;第三比较器U3的反向输入端接所述第一充电电池71的正极VC1,第一充电电池71负极接地,第一充电电池71的两端并联有第九电容C9,所述第三比较器U3的输出端EN1与第一比较电路连接,该第三比较器U3的输出端还连接第二二极管D2的正端,该第二二极管D2的负端串下拉电阻十七电阻R17后接地,该第二二极管D2的负端还连接所述充电电路64;
所述运算放大器U2的输出端还串第十八电阻R18后接第四比较器U4的正向输入端,所述第四比较器U4的正向输入端与输出端之间串联有十九电阻R19,第四比较器U4的输出端串二十电阻R20后接所述低压电源VDD;第四比较器U4的反向输入端接所述第二充电电池72的正极VC2,第二充电电池72负极接地,所述第二充电电池72的两端并联有第十电容C10,所述第四比较器U4的输出端EN2与所述第一比较电路连接,该第三比较器U3的输出端还连接第三二极管D3的正端,该第三二极管D3的负端与所述第二二极管D2的负端连接;
所述第四比较器U4的输出端还连接在第三NMOS管N3的漏极,该第三NMOS管N3的源极接地,该第三NMOS管N3的栅极接所述第二比较电路。
所述第二比较电路中设置有第五比较器U5,第五比较器U5的反向输入端接所述第一充电电池71的正极VC1,正向输入端接第五二极管D5的负端,第五二极管D5的正端接所述第二充电电池72的正极VC2,第五比较器U5的正向输入端还串十八电阻R18后接地;第五比较器U5的输出端串十九电阻后接所述低压电源VDD,第五比较器U5的输出端QH还接所述迟滞比较电路62。
所述第一比较电路设置有第六比较器U6,第六比较器U6的正向输出端串二一电阻R21后接所述迟滞比较电路62中第三比较器U3的输出端EN1,第六比较器U6的正向输入端还串二二电阻R22后接地,第六比较器U6的反向输入端接所述迟滞比较电路62中第四比较器U4的输出端EN2,第六比较器U6的输出端K1接所述选通电路63的控制端。
所述选通电路63设置有第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第四PMOS管P4和第四NMOS管N4、第五NMOS管N5;
所述第二PMOS管P2的源极接所述充电电路64的输出端Vc,所述第二PMOS管P2的栅极接所述第一比较电路的输出端K1,所述第二PMOS管P2的漏极接所述第二充电电池72的正极VC2;
所述第五NMOS管N5的漏极接所述第二充电电池72的正极VC2,所述第五NMOS管N5的栅极接所述第一比较电路的输出端K1,所述第五NMOS管N5的源极接第二开关S2的前端;
所述第四NMOS管N4的漏极接所述充电电路64的输出端Vc,所述第四NMOS管N4的栅极接所述第一比较电路的输出端K1,所述第四NMOS管N4的源极接所述第一充电电池71的正极VC1;
所述第三PMOS管P3的源极接所述第一充电电池71的正极VC1,所述第三PMOS管P3的栅极接所述第一比较电路的输出端K1,所述第三PMOS管P3的漏极接所述第二开关S2的前端;
所述第四PMOS管P4的源极接所述第二充电电池72的正极VC2,所述第四PMOS管P4的栅极串二三电阻R23后接所述低压电源VDD,所述第四PMOS管P4的栅极还串二四电阻R24后接地,所述第四PMOS管P4的漏极还连接所述第二开关S2的前端,该第二开关S2的后端接所述升压电路65。
所述电流互感器1设置有一次绕组N11、第一二次绕组N21和第二二次绕组N22;一次绕组N11的两端连接在高压架空线路上,第一二次绕组N21两端并联有第一双向瞬态抑制二极管TVS1;
第一二次绕组N21的两端连接第一全波整流电桥的输入端,全波整流电桥的正极输出端和负极输出端之间串联有第一分压电阻R1和第二分压电阻R2,第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的连接点接CMOS管的栅极,CMOS管的源极接第一全波整流电桥的正极输出端,CMOS管的漏极串电阻R后接第一全波整流电桥的负极输出端;
第二二次绕组N22的两端接所述过流保护电路。
所述电流互感器1将从具有变化负荷的高压架空线路获取的能量传递到过流保护电路2、升压器3的输入端。如图2所示,当架空线路电流较小时,较小,CMOS几乎截止,能量经第二二次绕组N22流向负载,当电流逐渐增加,
Figure BSA00000157233200133
Figure BSA00000157233200134
增加,CMOS管导通,I22增加,反向励磁,
Figure BSA00000157233200135
几乎不增加,
Figure BSA00000157233200136
Figure BSA00000157233200137
变化不明显,保证流向负载的能量比较恒定。Vthcmos为CMOS的开启电压,互感器输出电压为
U ~ 22 ≈ V thcmos N 22 ( R 1 + R 2 ) / R 2 N 21 .
如图3所示,所述过流保护电路2能吸收因一次侧架空线路电流过高而感应的多余能量,并能吸收由于瞬间短路电流而形成的高压尖脉冲。设互感器输出端电压为V0,则第二NMOS管N2栅极-漏极Vgs之间电压为VthN2为NMOS的开启电压
Vgs=V0R5/(R3+R4+R5)
上升至N2的开启电压时,N2正向导通正半波,同理N1反向导通负半波。将输出电压钳制在:
V0≤VthN2(R3+R4+R5)/R5
以内,其中R3=R5,则输出功率
P2=V0I2≤VthN2I0(R3+R4+R5)/R5
当一次侧因短路出现瞬间大电流时,二次侧会形成高压尖脉冲。在二次侧增加双向瞬态电压抑制器TVS2,吸收多余的能量,将电压控制在电路能够承受的范围,避免对副边各器件造成的干扰和损坏,保证设备安全运行。
这就实现了在电流互感器取能中出现“工作盲区”架空线路短路的情况时,安全地为架空线路高压侧设备尤其是在线监测设备供能的目的。
如图3所示,所述整流电路4中的单向瞬态电压抑制器TVS3用于保护,防止出现过电压。
所述稳压输出电路5用于为负载供电,输出电压为:
VCC=VX(1+RS1/RS2)+IdRS2
二极管D1用于架空线路空载或停电时防止电流倒灌。7805为三端稳压器,三极管P6用作扩流,LED1为电源指示灯。
所述充放电管理电路6用于管理、切换充电电池7的充电和放电状态。充放电管理电路6由采样比较电路61、迟滞比较电路62、选通电路63和充电电路64、升压电路65组成。
如图4所示,采样比较电路61用于判断架空电路供能是否充足,通过对整流滤波以后的输出电压V1进行采样,并与设定的基准电压进行比较,若V1较大即架空线路供能充足比较器输出低电平,允许充电,否则切断充电电路,不允许充电,从架空线感应的能量优先供应负载。设定范围:8.5~10V:V<8.5:截至充电;电压回升至10V,重新启动充电;否则不充电。
所述迟滞比较电路62用于判断充电电池7是否需要充电,在需要充电时启动充电电路64为充电电池7充电。如图5所示,运算放大器U2作电压跟随器,为两个迟滞比较电路提供基准电源:
Vref=VDDR13/(R12+R13)。
第三比较器U3和第四比较器U4为迟滞比较器,用于判断电池第一充电电池71、第二充电电池72是否需要充电:在电压VC<3.7,启动充电电充电,充满时,即VC≥4.2V停止充电。
所述充电电路64用于对充电电池7充电,如图5所示,限流电阻R16用于调控充电电流的大小,PMOS管P5和后面的电容、电感构成整流电路4,平滑输入波形,提高充电质量,充电芯片U7为普通充电芯片。
如图7所示,所述选通电路63通过控制端K1控制第二PMOS管P2、第三PMOS管P3和第四NMOS管N4、第五NMOS管N5的导通与截止,从而控制第一充电电池71和第二充电电池72的充放电状态。
所述升压电路65用于将充电电池7不稳定的输出电压经DC-DC升压稳压后并联接入输出供电端,在架空线路供能不足时自动进入供电状态。
本发明的工作过程是:
所述电流互感器1从架空线路获取能量,该电流互感器1输出电压经过所述升压器3升高后,输出交流电经过所述整流电路4整流为直流电源,通过所述稳压输出电路5为负载提供电压。所述采样比较电路61对整流滤波以后的输出电压V1进行采样,并与设定的基准电压进行比较,若V1较小即架空线路供能不足,比较器输出高电平,切断所述充电电路64不允许充电,从架空线感应的能量优先供应负载,否则,比较器输出低电平,通过所述充电电路64的控制端K2,使PMOS管导通,所述充电电路64为电池充电。
下表为充放电状态表:1为高电平,0为低电平;EN=EN1&EN2控制充电芯片U7的充电使能端;K2为充电允许电平,1为截止,0为导通;K1为选通开关控制电平;
Figure BSA00000157233200161
若第一充电电池电压Vc1和第二充电电池电压Vc2都小于3.7V或其中之一大于或等于4.2V,另一个小于3.7V时,所述迟滞比较器的总输出端EN输出高电平,通过充电使能端使得所述充电电路64对充电电池7进行充电;若第一充电电池电压Vc1和第二充电电池电压Vc2都大于或等于4.2V,所述迟滞比较器的总输出端EN输出低电平,所述充电电路64不充电;若第一充电电池71电压Vc1和第二充电电池72电压Vc2介于3.7V与4.2V之间,则保持前一状态。
第一比较器决定所述选通电路63控制端K1的电平。若第一充电电池电压Vc1和第二充电电池电压Vc2均小于3.7V,或者第一充电电池Vc1大于或等于4.2V,Vc2小于3.7V,则第一充电电池71放电,第二充电电池72充电;若第一充电电池电压Vc1小于3.7V,第二充电电池72电压Vc2大于或等于4.2V,则第一充电电池71充电,第二充电电池72放电;若第一充电电池电压Vc1和第二充电电池电压Vc2都大于或等于4.2V,则第一充电电池71放电,第二充电电池72待命。
充电电池7放电后,所述选通电路63输出电压经过所述升压电路65为负载提供所需电压。
对于极端情况下的供能采用充放电管理电路6来实现电池工作状态的转变:
第一种情况,第二充电电池72正在充电且未充满,而第一充电电池71也到了需要充电的状态,默认采用第一充电电池71放电,若负载为冲击性负载,瞬间负载负荷较大,架空线供电电路来不及响应如GSM通信模块工作时,需要电池与架空线协同供能,持续的放电可能使第一充电电池71变得很低而造成供能不足,需要切换第二充电电池72工作:设定VC2-VC1>0.5V时,QH输出高电平,N3导通,EN2为0,此时供能参照上面表格第二种情况。
第二种情况,架空线路空载时,电池工作状态:VDD接近0,选通电路不再工作,K1为0,P2、P3导通,第一充电电池71和第二充电电池72并联供电。
这就实现了在电流互感器取能中出现“取能死区”架空线路空载即架空线路供能不足的情况时,还能通过电池放电来稳定地为架空线路高压侧设备尤其是在线监测设备供能的目的。

Claims (9)

1.架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,包括电流互感器(1)、过流保护电路(2)、升压器(3)、整流电路(4)和稳压输出电路(5),其特征在于:电流互感器(1)的两个输出端连接在过流保护电路(2)和升压器(3)的两个输入端上,所述升压器(3)的两个输出端连接整流电路(4)的两个输入端,所述整流电路(4)的正极输出端(V1)连接低压电源电路,该低压电源电路的输出端输出低压电源(VDD),整流电路的正极输出端(V1)还连接稳压输出电路的输入端,该稳压输出电路的输出端(VCC)连接负载;
所述整流电路(4)的正极输出端(V1)连接采样比较电路(61)的输入端,采样比较电路(61)的输出端连接充电电路(64)的控制端(K2),该充电电路(64)的电源输入端(Vt)连接所述升压器(3)的一个输出端,该充电电路(64)的输出端连接选通电路(63)的电源输入端(Vc),所述选通电路(63)的第一电池充电端连接第一充电电池(71)的正极(VC1),所述选通电路(63)的第二电池充电端连接第二充电电池(72)的正极(VC2),该选通电路(63)的输出端(V)连接升压电路(65)的输入端,升压电路(65)的输出端连接所述负载;
所述第一充电电池(71)的正极(VC1)连接迟滞比较电路(62)的第一电压输入端,所述第二充电电池(72)的正极(VC2)连接迟滞比较电路(62)的第二电压输入端,迟滞比较电路的总输出端接所述充电电路(64)的充电使能端(EN);
所述第一充电电池(71)的正极(VC1)还连接第二比较电路的反向输入端,所述第二充电电池(72)的正极(VC2)还连接第二比较电路的正向输入端,第二比较电路的输出端连接所述迟滞比较电路(62)的控制端(QH),迟滞比较电路(62)的第一输出端(EN1)与第一比较电路的正向输入端连接,迟滞比较电路(62)的第二输出端(EN2)与第一比较电路的反向输入端连接,第一比较电路的输出端连接所述选通电路(63)的控制端(K1)。
2.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:在所述电流互感器(1)的两个输出端之间并联有过流保护电路(2),该过流保护电路(2)设置有第二双向瞬态电压抑制器(TVS2)、第一NMOS管(N1)和第二NMOS管(N2),其中第二双向瞬态电压抑制器(TVS2)两端并联在所述电流互感器(1)两个输出端之间;
所述第一NMOS管(N1)的源极与所述电流互感器(1)的第一输出端连接,漏极与所述电流互感器(1)的第二输出端连接,栅极串第三电阻(R3)后与所述电流互感器(1)的第一输出端连接;
所述第二NMOS管(N2)的漏极与所述电流互感器(1)的第一输出端连接,源极与所述电流互感器(1)的第二输出端连接,栅极串第四电阻(R4)后与所述电流互感器(1)的第二输出端连接;
所述第一NMOS管(N1)和第二NMOS管(N2)的栅极之间串接有第五电阻(R5)。
3.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:所述采样比较电路(61)设置有第一比较器(U1),该第一比较器(U1)的反向输入端串第六电阻(R6)后接地,该第六电阻(R6)的两端并联有电容(C0),第一比较器(U1)反向输入端串第七电阻(R7)后接所述整流电路(4)的正极输出端(V1);第一比较器(U1)的正向输入端串第八电阻(R8)后接所述低压电源VDD,第一比较器(U1)的正向输入端与输出端之间串联有第九电阻(R9),第一比较器(U1)的输出端串第十电阻后接所述低压电源(VDD),该比较器的输出端(K2)接所述充电电路(64)。
4.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:所述充电电路(64)设置有第一PMOS管(P1),该第一PMOS管(P1)的栅极接所述采样比较电路(61)的输出端(K2),该第一PMOS管(P1)的源极接所述升压器(3)的一个输出端(Vt),该第一PMOS管(P1)的漏极接第一第一电感(L1)的前端,该第一第一电感(L1)的前端串第二电容(C2)后接地,该第一电感(L1)的后端串第三电容(C3)后接地,该第一电感(L1)的后端还串十一电阻(R11)后接充电芯片(U7)的输入端(IN),所述充电芯片(U7)的输出端(BAT)连接所述选通电路(63),所述充电芯片(U7)的充电使能端(EN)与所述迟滞比较电路(62)的总输出端连接。
5.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:所述迟滞比较电路(62)设置有运算放大器(U2),运算放大器(U2)的正向输入端串十二电阻(R12)后接所述低压电源(VDD),运算放大器(U2)的正向输入端还串十三电阻(R13)后接地,该运算放大器(U2)的反向输入端连接输出端;
所述运算放大器(U2)的输出端串十四电阻(R14)后接第三比较器(U3)的正向输入端,所述第三比较器(U3)的正向输入端与输出端之间串联有十五电阻(R15),第三比较器(U3)的输出端串十六电阻(R16)接所述低压电源(VDD);第三比较器(U3)的反向输入端接所述第一充电电池(71)的正极(Vc1),第一充电电池(71)负极接地,第一充电电池(71)的两端并联有第九电容(C9),所述第三比较器(U3)的输出端(EN1)与第一比较电路连接,该第三比较器(U3)的输出端还连接第二二极管(D2)的正端,该第二二极管(D2)的负端串下拉电阻十七电阻(R17)后接地,该第二二极管(D2)的负端还连接所述充电电路(64);
所述运算放大器(U2)的输出端还串第十八电阻(R18)后接第四比较器(U4)的正向输入端,所述第四比较器(U4)的正向输入端与输出端之间串联有十九电阻(R19),第四比较器(U4)的输出端串二十电阻(R20)后接所述低压电源(VDD);第四比较器(U4)的反向输入端接所述第二充电电池的正极(VC2),第二充电电池(72)负极接地,所述第二充电电池(72)的两端并联有第十电容(C10),所述第四比较器(U4)的输出端(EN2)与所述第一比较电路连接,该第三比较器(U3)的输出端还连接第三二极管(D3)的正端,该第三二极管(D3)的负端与所述第二二极管(D2)的负端连接;
所述第四比较器(U4)的输出端还连接在第三NMOS管(N3)的漏极,该第三NMOS管(N3)的源极接地,该第三NMOS管(N3)的栅极接所述第二比较电路。
6.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:所述第二比较电路中设置有第五比较器(U5),第五比较器(U5)的反向输入端接所述第一充电电池(71)的正极(VC1),正向输入端接第五二极管(D5)的负端,第五二极管(D5)的正端接所述第二充电电池的正极(Vc2),第五比较器(U5)的正向输入端还串十八电阻(R18)后接地;第五比较器(U5)的输出端串十九电阻后接所述低压电源(VDD),第五比较器(U5)的输出端(QH)还接所述迟滞比较电路(62)。
7.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:所述第一比较电路设置有第六比较器(U6),第六比较器(U6)的正向输出端串二一电阻(R21)后接所述迟滞比较电路(62)中第三比较器(U3)的输出端(EN1),第六比较器(U6)的正向输入端还串二二电阻(R22)后接地,第六比较器(U6)的反向输入端接所述迟滞比较电路(62)中第四比较器(U4)的输出端(EN2),第六比较器(U6)的输出端(K1)接所述选通电路(63)的控制端。
8.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:所述选通电路(63)设置有第二PMOS管(P2)、第三PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)和第四NMOS管(N4)、第五NMOS管(N5);
所述第二PMOS管(P2)的源极接所述充电电路(64)的输出端(Vc),所述第二PMOS管(P2)的栅极接所述第一比较电路的输出端(K1),所述第二PMOS管(P2)的漏极接所述第二充电电池(72)的正极(VC2);所述第五NMOS管(N5)的漏极接所述第二充电电池(72)的正极(VC2),所述第五NMOS管(N5)的栅极接所述第一比较电路的输出端(K1),所述第五NMOS管(N5)的源极接第二开关(S2)的前端;
所述第四NMOS管(N4)的漏极接所述充电电路(64)的输出端(Vc),所述第四NMOS管(N4)的栅极接所述第一比较电路的输出端(K1),所述第四NMOS管(N4)的源极接所述第一充电电池(71)的正极(VC1);
所述第三PMOS管(P3)的源极接所述第一充电电池(71)的正极(VC1),所述第三PMOS管(P3)的栅极接所述第一比较电路的输出端(K1),所述第三PMOS管(P3)的漏极接所述第二开关(S2)的前端;
所述第四PMOS管(P4)的源极接所述第二充电电池(72)的正极(VC2),所述第四PMOS管(P4)的栅极串二三电阻(R23)后接所述低压电源(VDD),所述第四PMOS管(P4)的栅极还串二四电阻(R24)后接地,所述第四PMOS管(P4)的漏极还连接所述第二开关(S2)的前端,该第二开关(S2)的后端接所述升压电路(65)。
9.根据权利要求1所述的架空线路的电流互感器取能与供电管理装置,其特征在于:所述电流互感器(1)设置有一次绕组(N11)、第一二次绕组(N21)和第二二次绕组(N22);一次绕组(N11)的两端连接在高压架空线路上,第一二次绕组(N21)两端并联有第一双向瞬态电压抑制器(TVS1);
第一二次绕组(N21)的两端连接第一全波整流电桥(VD1)的输入端,全波整流电桥的正极输出端和负极输出端之间串联有第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2),第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的连接点接CMOS管的栅极,CMOS管的源极接第一全波整流电桥(VD1)的正极输出端,CMOS管的漏极串电阻(R)后接第一全波整流电桥(VD1)的负极输出端;
第二二次绕组(N22)的两端接所述过流保护电路(2)。
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