CN102185388A - 开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源 - Google Patents

Abstract

本发明是一种开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，它包括取能互感器，单相桥式整流、滤波电路，DC/DC稳压电路，其特点是：还包括泻放保护回路、备电池供电回路和超级电容储能稳压输出电路，取能互感器为开启式取能互感器，其输出端与单相桥式整流、滤波电路输入端连接，单相桥式整流、滤波电路输出端分别与泻放保护回路、DC/DC稳压电路输入端连接，DC/DC稳压电路输出端后与超级电容储能稳压输出电路输入端连接，备电池供电回路输出端超级电容储能稳压输出电路。适合需要提供瞬时大功率供电的场合使用，特别是为高压在线监测系统和仪表提供稳压直流电源。其工作温度在-40-+70℃，具有结构合理，安装、维护方便，可靠性高，使用寿命长等优点。

Description

开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源

技术领域

本发明涉及电源领域，是一种开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源。背景技术在电气设备高压侧应用的各种电子设备需要对地绝缘。由于光电式电流互感器、高压开关触头和电缆接头测温、导线覆冰状态在线监测系统等监测装置安装在高电压现场，为了满足电气隔离的安全要求，系统的工作电源不能由二次电源经降压、整流、滤波后提供，不能用导线直接从低压侧供给，电源供给成为制约这类监测系统发展的关键。这些测量及保护装置的可靠运行对于整个电力系统的安全生产和安全稳定运行是至关重要的，对高压侧测量装置提供稳定的电源是保证其可靠工作的前提。

现有线路感应取能电源的取能互感器采用整体套装于线路上的结构，因此，往线路上套装取能互感器时必须在停电的情况下进行，既影响正常输电，又费工费时；当线路的负荷电流较小时，通常小于10A，由于线路感应到取能互感器二次端的电流小，DC/DC变换有一定损耗，不能提供正常的直流电压输出；感应取能后要进行储能，通常采用蓄能电池进行储能，各种蓄能电池都不能满足在低温下长期正常工作，使用寿命较短，蓄能电池更换频繁，且因蓄能电池安装在输电线路上，不便于更换，成本高。

发明内容

本发明的目的是，对现有技术进行实质性改进和创新组合，克服现有技术之不足，提供一种结构合理，安装、维护方便，可靠性高，使用寿命长，特别适用于为高压在线监测系统和仪表供电的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源。

实现本发明目的所采用的技术方案是：一种开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，它包括取能互感器1，单相桥式整流、滤波电路2，DC/DC稳压电路4，其特征是：还包括泻放保护回路3、备电池供电回路5和超级电容储能稳压输出电路6，所述的取能互感器1为开启式取能互感器，开启式取能互感器1的输出端与单相桥式整流、滤波电路2的输入端连接，单相桥式整流、滤波电路2的输出端分别与泻放保护回路3、DC/DC稳压电路4的输入端连接，DC/DC稳压电路4的输出端后与超级电容储能稳压输出电路6的输入端连接，备电池供电回路5的输出端超级电容储能稳压输出电路6。

所述开启式取能互感器1的结构是，包括两个半圆型铁芯17，在两个半圆型铁芯17上缠绕线圈13，缠绕线圈13的两个半圆型铁芯17分别置于两个半圆型绝缘外壳11中，在半圆型绝缘外壳11与半圆型铁芯17之间填充环氧树脂12；两个半圆型铁芯17通过其上的插接口16插接，两个半圆型绝缘外壳11通过螺栓·螺母15固连。

所述泻放保护回路3由大功率稳压二极管D5与功率三极管Q1连接组成。

所述后备电池供电回路5由电池BT1、限流电阻R2和二极管D6串联组成。

所述超级电容储能稳压输出电路6由并联的超级电容C7、稳压二极管D9与并联的超级电容C8、稳压二极管D10串联组成。

本发明开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，由于采用了开启式取能互感器能够实现带电安装从电力电缆上耦合得到能量；由于开启式取能互感器耦合得到的能量采用单相桥式整流、滤波电路提供稳定的直流电源；泄放保护回路使稳压电源工作在很宽的一次电流下；超级电容储能稳压输出电路使得电源能够提供瞬间大功率；后备电池供电回路使得本发明在电力电缆中电流很小或停电时依然能够提供稳定的直流电源，适合需要提供瞬时大功率供电的场合使用，特别是为高压在线监测系统和仪表提供稳压直流电源。其工作温度在-40-+70℃，具有结构合理，安装、维护方便，可靠性高，使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源电路原理方框图。

图2是取能互感器1结构示意图。

图3是单相桥式整流、滤波电路2原理图。

图4是泻放保护回路3原理图。

图5是DC/DC稳压电路4原理图。

图6是后备电池供电回路5原理图。

图7超级电容储能稳压输出电路6原理图。

图中：1开启式取能互感器，2单相桥式整流、滤波电路，3泻放保护回路，4DC/DC稳压电路，5后备电池供电回路，6超级电容储能稳压输出电路，11半圆型绝缘外壳，12环氧树脂，13线圈，14输出端子，15螺栓·螺母，16铁芯插接口，17半圆型铁芯，18连接板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1-图7，本发明的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源包括：开启式取能互感器1，单相桥式整流、滤波电路2，泻放保护回路3，DC/DC稳压电路4，后备电池供电回路5和超级电容储能稳压输出电路6。

参见图2，开启式取能互感器1包括：由微晶材料分别制成的两个半圆型铁芯17，线圈13缠绕在两个半圆型铁芯17上，缠绕线圈13的两个半圆型铁芯17分别置于两个半圆型绝缘外壳11中，在半圆型绝缘外壳11与半圆型铁芯17之间填充环氧树脂12，使得半圆型铁芯17、线圈13和半圆型绝缘外壳11成为一体，填充环氧树脂12还能够起到线圈13匝间的绝缘和防潮作用；两个半圆型绝缘外壳11通过其上的连接板18用螺栓·螺母15固连使两个半圆型铁芯17夹紧；两个半圆型铁芯17通过其上的插接口16插接，以防止漏磁；半圆型铁芯17的一端接口处留出余量，方便两个半圆型铁芯17的开合安装，半圆型铁芯17的另一端接口处引出线圈13的两个输出端子14分别与单相桥式整流、滤波电路2的输入端Vin1+和Vin1-连接。使用时：开启式取能互感器1分开的两个半圆型部分对接套装在电力电缆上，通过螺栓·螺母15使两个半圆型绝缘外壳11通过其上的连接板18固连夹持电力电缆。通过电磁感应原理，开启式取能互感器1由电力电缆上获取能量。绝缘外壳11采用塑料用模具成型。两半圆形C型铁芯通过多槽型接口，构成闭合磁路。

参见图3，单相桥式整流、滤波电路2将开启式取能互感器1产生的交流电压进行整流、滤波。单相桥式整流、滤波电路2由瞬态抑制二极管TVS1、整流二极管D1～D4、滤波电容C1～C3、电阻R1组成。所述瞬态抑制二极管TVS1的两端分别与输入端Vin1+和Vin1-连接；整流二极管D1的正极、整流二极管D4的负极与输入端Vin1+连接，整流二极管D2的负极、整流二极管D3的正极与输入端Vin1-连接，整流二极管D1的负极、整流二极管D3的负极与滤波电容C1的正极连接，整流二极管D2的正极、整流二极管D4的正极与滤波电容C1的负极连接，电阻R1的两端分别与滤波电容C1、C2的正极连接，滤波电容C3的一端、滤波电容C2的正极与输出Vout1+连接，滤波电容C3的另一端、滤波电容C1和C1的负极与输出Vout1-连接，输出端Vout1+和Vout1-分别与泻放保护回路3的输入端Vin3+和Vin3-连接。

参见图4，泻放保护回路3将开启式取能互感器1的输出电压瞬时值限定在一定的范围内，当电力电缆一次电流增大时，开启式取能互感器二次侧电流出此回路流过，保证本发明开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源有很宽的工作范围。泻放保护回路3由大功率稳压二极管D5和功率三极管Q1组成。所述稳压二极管D5的负极、功率三极管Q1的集电极与输入端Vin2+连接，稳压二极管D5的正极与功率三极管Q1的基极连接，功率三极管的射极与输入端Vin2-连接；输入端Vin2+与单相桥式整流、滤波电路2的二极管D1、D3的负极连接，输入端Vin2-与单相桥式整流、滤波电路2的二极管D2、D4的正极连接。

参见图5，DC/DC稳压电路4是对单相桥式整流、滤波电路2输出的直流电源进行稳压，为对超级电容储能稳压输出电路6提供充电电压和稳定电压输出。DC/DC稳压电路4由型号为AMC34063A的低功耗、低电压降落DC/DC稳压芯片U1、电容C4～C6、电阻R3～R5、电感L1、稳压二极管D7，二极管D8组成。DC/DC稳压电路4的输入端Vin3+、Vin3-分别与单相桥式整流、滤波电路2的输出端Vout1+和Vout1-连接，Vout1-作为参考地；稳压芯片U1的1脚、8脚、7脚相连接到电阻R3的一端，稳压芯片U1的6脚与R3的另一端、电容C4的一端相连接到输入端Vin3+，稳压芯片U1的5脚与电阻R4、R5的一端相连，电阻R5的另一端接地，电阻R4的另一端与二极管D8的正极、电容C6的一端和电感L1的一端连接，稳压芯片U1的2脚与稳压二极管的负极、电感L1的另一端连接，稳压二极管的正极接地，稳压芯片U1的3脚与电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地，稳压芯片U1的4脚接地，电容C8的另一端与输出端Vout3-相连接地，二极管D8的负极与输出端Vout3+连接，输出端Vout3+与超级电容储能稳压输出电路6的输入端Vin4+连接，输出端Vout3-与超级电容储能稳压输出电路6的输入端Vin4-连接，输出端Vout3+作为稳压电源的正极，Vout3-作为稳压电源的负极。

参见图6，后备电池供电回路5是当电力电缆流过的电流很小或者没有电流时，向超级电容储能稳压输出电路6充电，使得电力电缆流过的电流很小或者没有电流的时候，本发明的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源能够正常工作。由电池RT1、限流电阻R2、二极管D6串联组成；所述的电池BT1的正极与限流电阻R2的一端连接，R2的另一端与二极管D6的正极相连，二极管的负极与输出端Vout2+相连，电池RT1的负极与输出端Vout2-连接，输出端Vout2+与超级电容储能稳压输出电路6的输入端Vin4+连接，输出端Vout2-与超级电容储能稳压输出电路6的输入端Vin4-连接。电池BT1由以色列生产。

参见图7，超级电容储能稳压输出电路6使本发明的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源能够适用于带有GSM/GPRS等瞬间大功率模块的监测系统。超级电容储能稳压输出电路6由超级电容C6、C7和稳压二极管D9、D10组成。所述的超级电容C7的正极、稳压二极管D9的负极与输入端Vout4+连接，超级电容C7的负极、稳压二极管D9的正极、超级电容C8的正极和稳压二极管D10的负极连接，超级电容C8的负极、稳压二极管D10的正极与输入端Vout4-连接。利用超级电容储能稳压输出电路6的超级电容实现大电流的快充快放。

本发明开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源的所有元器件易得，均为市售产品。

Claims (5)

1.一种开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，它包括取能互感器(1)，单相桥式整流、滤波电路(2)，DC/DC稳压电路(4)，其特征是：还包括泻放保护回路(3)、备电池供电回路(5)和超级电容储能稳压输出电路(6)，所述的取能互感器(1)为开启式取能互感器，开启式取能互感器(1)的输出端与单相桥式整流、滤波电路(2)的输入端连接，单相桥式整流、滤波电路(2)的输出端分别与泻放保护回路(3)、DC/DC稳压电路(4)的输入端连接，DC/DC稳压电路(4)的输出端后与超级电容储能稳压输出电路(6)的输入端连接，备电池供电回路(5)的输出端超级电容储能稳压输出电路(6)。

2.根据权利要求1所述的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，其特征是：所述开启式取能互感器(1)的结构是，包括两个半圆型铁芯(17)，在两个半圆型铁芯(17)上缠绕线圈(13)，缠绕线圈(13)的两个半圆型铁芯(17)分别置于两个半圆型绝缘外壳(11)中，在半圆型绝缘外壳(11)与半圆型铁芯(17)之间填充环氧树脂(12)；两个半圆型铁芯(17)通过其上的插接口(16)插接，两个半圆型绝缘外壳(11)通过螺栓·螺母(15)固连。

3.根据权利要求1所述的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，其特征是：所述泻放保护回路(3)由大功率稳压二极管D5与功率三极管Q1连接组成。

4.根据权利要求1所述的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，其特征是：所述后备电池供电回路(5)由电池BT1、限流电阻R2和二极管D6串联组成。

5.根据权利要求1所述的开启式超级电容储能的线路感应取能瞬时大功率电源，其特征是：所述超级电容储能稳压输出电路(6)由并联的超级电容C7、稳压二极管D9与并联的超级电容C8、稳压二极管D10串联组成。

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