CN102638114A - 一种电流互感器供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流互感器供电装置，其包括CT、第一桥式整流电路、余流泄放开关、二极管、LC滤波电路、输入电压采样电路、参考电压形成电路、回差比较电路、驱动电路、隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路。本发明采用电子开关对CT输出的多余电流进行泄放，间歇地从CT中提取所需的能量，以限制CT的输出过压，防止CT饱和。采用高压输入的高频开关电源技术以提高取电电压，从而减小CT的输出电流，这样减小CT及其后整流电路、泄流开关的发热，提高取电的效率。

Description

一种电流互感器供电装置

技术领域

本发明涉及一种从电流互感器（CT）取电的高频开关电源技术及其实际应用，属于电力电子技术在智能电网终端设备中的应用。 

背景技术

在智能电网终端监控设备使用中（配电自动化系统是最典型的案例），如何给高压现场监控设备供电往往成为非常关键的问题。例如对高压架空线路、馈线开关、电力电缆和配电单元等进行监测时，附近一般都没有合适的低压电源可供监控设备使用，此外在某些条件下，由于电力线路高低压必须隔离，低压侧即使有现成的电源也不能使用。 

传统的、也是目前最常用的给这些终端监控设备供电方法：利用电压互感器（PT）从高压线路上取电，PT把高压工频交流电转换为110V或220V的低压工频交流电，再通过AC/DC转换电源转为终端监控设备的工作电源、开关操作电源，对于有后备蓄电池的系统，还需要提供给蓄电池充电的充电电源。这种方法习惯称为PT供电法，PT供电法存在以下缺点： 

①　PT体积大，必须安装在高压线路主设备及终端监控设备之外，安装困难，占用空间大。

②　PT安装在户外，容易遭受电网谐振、雷击、腐蚀、外力等的破坏，损坏几率很高。 

③　PT容量有限，一般满足不了要求，若要增加容量则需降低精度，这样又无法满足测量要求，二者不易兼顾。 

④　PT成本高。 

配电自动化系统要求在电力系统正常运行和故障时都能对一次线路进行监控和故障判断，并采取相应保护、调节动作，所以配电自动化系统本身的供电可靠性极为重要。 

由于PT供电存在以上不足，人们开始考虑其它的供电方法，其中有：CT（电流互感器） 取电供能、电容分压供能、纯蓄电池供能、激光供能等方法。 

在这些供电方法中，电容分压供能方式对分压电容工艺要求很高，取能功率小，过多地使用将增加电网的容性电流而降低输电的效率和输电系统的可靠性；纯蓄电池供电，因为蓄电池寿命有限，需要定期更换，且需停电更换；而如果采用激光供电方式，又受到光电池转换效率和激光二极管发生器的价格限制，造价昂贵。 

综合考虑后，人们普遍认为采用电流互感器CT 取电供能的方式较好。CT取电法为：CT利用电磁转换原理把高压侧的能量送到CT的二次侧，再利用特殊的技术把这个能量提取出来并送给负载。这种方法，其结构简单，经济适用，它与高压一次回路没有直接的电气联系，且与高压侧等电位工作，非常安全，规避了高低压隔离问题。 

但现有的CT取电技术还不成熟，主要存在以下问题： 

①　CT取电电压低，二次侧输出电流大，供电装置转换效率低，CT和其后的取电供电装置发热严重，输入电流越大情况越严重，CT及供电装置长期运行的可靠性无法保证。

②　取电的功率太小，只有几瓦，只能满足简单的、耗电很小的装置的供电需求。 

③　由于负荷建设滞后于供电线路建设，新建线路的负荷是逐渐增加的，因此线路的实际工作电流范围很宽，CT取电供电装置必须在很宽的电流范围内可靠地为监测设备供电。但目前的CT取电技术能够可靠地提取所需功率的电流范围太窄，无法兼顾大小电流，往往满足不了应用的要求。 

④　需要增加二级DC/DC变换才能获得监测设备需要的多路电源。 

⑤　有些技术理论上可行但实现起来困难。 

经检索后发现以下专利和论文有涉及到CT取电技术及供电装置的内容。 

1）相关专利： 

①　武汉大学申请的专利，申请号为：200410061314.9，名称为：用于架空高压输电导线的感应取电装置。该专利提出的是一种带蓄电池后备作为后备能源的CT取电供电装置，如果需要实现应用，该专利存在以下几个问题：（1）没有把CT提供的多余的能量泄放的机制，当CT提供的功率大于其后电路需要的功率时，CT其后的电路的等效输入阻抗很大，近似于CT输出开路，CT输出电压将持续升高，直到击穿其后电路，因此该技术方案无法可靠从CT取电，这是该专利最主要的缺陷。专利中提到在CT输出端并联一个继电器触点，当这个触点短接时装置将停止从CT取电，但该触点是依据供电装置的蓄电池的电压状态进行开/闭转换的，如果希望靠它泄放CT多余的能量，首先是控制的目标不对，其次蓄电池电压变化是以小时为数量级的，而CT多余能量泄放周期是毫秒级的，因此这个继电器起不到泄放CT多余的能量防止CT输出过压的作用。（2）该专利描述使用开关电源与CT连接，通过开关电源把CT的输出电流转换成电压，但对电流如何转变为电压以及开关电源在这个转变过程中的工作时序是怎么样的没有任何说明，而这个过程是用开关电源能否可靠从CT取电的关键之一。（3）没有说明CT可以提供所需的功率的有效取电电流范围和功率，这是CT取电技术是否具有实用价值的关键指标。

②　武汉大学申请的另一份专利，申请号为：200820066665.2，名称为：高压线路感应取电装置。这也一种带蓄电池后备作为后备能源的CT取电供电装置的专利。该专利的问题：（1）该专利采用了可调线性稳压集成电路LM317作为后备锂电池的限压充电电路，根据其中图4的参数，在锂电池电压充满后LM317的输出电压为：3.675V+D1的压降，LM317的输入—输出电压差的最大允许值为40V，因此即使不考虑装置的可靠性LM317不降额使用，从CT取电的最大电压也只有44V左右，取电电压太低，需要相同的功率时，输入电流大，输入电流大不利于提高取电的效率，CT和装置在大输入电流时将严重发热。（2）如果为了尽量减小输入电流，提高取电效率，把取电电压设为LM317的极限输入电压44V，那么LM317的输入输出压差达到40V，LM317输出电压为4V左右，也就是说锂电池充电时，LM317自身发热的损耗是实际充电功率的10倍以上，装置的效率极低，LM317发热极为严重，CT及装置的体积都小不了；如果为了减小LM317损耗，把CT取电电压降低到LM317的最低失调压差3V既取电电压为7V，那么输入电流将增加6倍多，按专利里说的输出功率可达到20~110W的话，输入电流平均值必须达到2.85~15.7A，使得CT后面的泄流可控硅、输入整流桥的损耗大增，同样是取电效率低，发热严重。（3）LM317的最大输出电流只有500mA，据此及前面两个原因，专利声明有益效果：“输出功率大，电压稳定，在高压线路电流为80~300A时，输出功率可达20W~110W”是不可信的。（4）即使在高压线路电流为80~300A时能输出要求功率，但取电电流范围还是太窄，不能满足实际应用需要。 

③　上海交通大学申请的专利，申请号为：200910309627.4，名称为：基于功率控制法的高压输电线路CT 取电装置。该专利提供的是一种不带后备蓄电池的CT供电装置。存在的问题：（1）用一个继电器来进行CT接入后面的整流电路及断开CT整流电路的连接并将CT输出短路之间切换，这样做有两个问题，一是继电器在切换过程中CT输出会有短暂时间处于悬空状态，CT输出是绝对不允许开路的，这将使得CT产生很高的输出电压击穿后面的电路和损坏CT；二是继电器的动作会很频繁，大约几十毫秒要动作一次，继电器的机械寿命一般只有几十万次，如此继电器几天就报废了。（2）采用了低压输入的DC/DC变换电路，其专利说明书中声明DC/DC的输入电压不能超过15V。如上个专利一样，太低的输入电压，意味着大的输入电流，意味着装置的功率不能大，效率低，取电电流范围窄。（3）需要用专门的单片机来进行取电控制，系统过于复杂，控制的动态响应速度慢，可能无法有效控制CT输入的能量。 

④　上海南华兰陵电气有限公司和上海市电力公司申请的专利，申请号为：200920210122.8，名称为：一种高压回路开关式感应直流电源。这个专利提供的是一种CT供电的直流电源，它是在普通CT中增加了另外一个磁通控制线圈，通过这个线圈控制CT输入其后的取电电路的能量，取电原理没有问题。它的不足：(1)DC/DC部分使用的是LM117，LM117实际是LM317的军品级的型号，和LM317相比不同处是使用的温度范围更宽一些，其它指标基本相同。因此该专利也存在专利200820066665.2的问题（2），难以做到较大的输出功率及宽的取电电流范围。(2)需要使用专用的带磁通控制线圈的双线圈的CT，CT体积大、成本高。 

2）相关论文 

①　论文名称：一种适应母线电流动态范围宽的光电式电流互感器供电电源，发表单位：大连理工大学电气工程系，刊登论文的刊物：《中国电机工程学报》。 该论文提供的是不带后备蓄电池的CT取电供电装置的技术方案，提到用一种二次侧线圈带中间抽头的CT，通过检测判断高压线路电流的大小，选择CT二次线圈的不同抽头来改变CT的匝比，从而提高高压线路小电流时CT的输出电流，扩宽CT取电的电流范围。该方案具体实现时存在如下问题：（1）用一个继电器单刀双掷触点切换CT抽头，在切换过程中，因为继电器触点动作需要一定的行程时间，中间将使得CT出现短暂的悬空状态，CT将产生极高的输出电压将其后电路击穿。另外继电器的动作寿命有限，供电装置长期工作的可靠性没保证。（2）需要检测判断高压测的电流来控制CT二次侧线圈换挡，检测判断再到控制，这个过程需要一定的时间。小电流时CT处于低匝比，如果这时突然来了一个很大的冲击电流（如发生短路故障），在检测到切换这段时间内，CT二次侧线圈电流将很大，很有可能烧毁CT线圈及其后的电路。（3）稳压器采用的是低压差的线性稳压集成电路，线性稳压器转换效率低。（4）CT需要专门设计，成本高。（5）只在实验室里做到0.3W的输出功率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于解决现有CT取电技术及装置存在的问题，提供一种可以满足实际应用要求，并且切实可行、低成本的CT取电技术及供电装置。 

本发明采用的技术方案可以描述为： 

一种电流互感器供电装置，包括一个或多个电流互感器（CT）、第一桥式整流电路、余流泄放开关、二极管、LC滤波电路、输入电压采样电路、参考电压形成电路、回差比较电路、驱动电路、隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路以及输入尖峰电压抑制电路;其中，高压电流回路单线穿过CT，CT输出的感应交流电压经第一桥式整流电路整流之后变成直流电压， LC滤波电路对第一桥式整流电路输出的电压进行平滑滤波，滤波后的电压送到隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路的输入端，以将滤波后的电压变换为多路相互隔离的、稳定的直流输出电压；余流泄放开关连接在第一桥式整流电路与LC滤波电路之间，输入电压采样电路连接在LC滤波电路与隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路之间，其采集LC滤波电路的输出电压并把信号送给回差比较电路，回差比较电路同时还从参考电压形成电路获得参考电压信号；回差比较电路将输入电压采样电路与参考电压形成电路的信号进行比较，当输入电压采样电路的信号大于参考电压形成电路的信号时认为CT输出的能量过剩，回差比较电路信号驱动余流泄放开关闭合，以将CT产生的过剩电流短路泄放；在余流泄放开关闭合期间由LC滤波电路中存储能量的电容放电，继续为其后面的电路供电，当电容的电压降低到令输入电压采样电路的电压小于参考电压形成电路的电压时，回差比较电路发出信号驱动余流泄放开关断开，如此循环将LC滤波电路的输出电压稳定在一个设定的范围之内；二极管串联在余流泄放开关与LC滤波电路之间的电路上，用于防止余流泄放开关闭合时LC滤波电路存储的能量也被余流泄放开关泄放；输入尖峰电压抑制电路跨接于CT的二次侧线圈的两端，用于抑制从CT输出的电压里可能含有的过高的尖峰电压。

作为以上技术方案的一种改进，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）为采用高频开关电源技术的DC/DC电路。 

作为以上技术方案的一种改进，余流泄放开关可以跨接在CT的二次侧输出线圈的输出端上或者跨接在第一桥式整流电路的输出端上。 

作为以上技术方案的一种改进，余流泄放开关（3）为采用MOSFET、IGBT、三极管、可控硅、固态继电器等器件构成的电子开关。 

作为以上技术方案的一种改进，本发明的装置为LC滤波电路（5）的输出电压设置了电压控制点Vu1、Vu2、Vo1，装置根据所述电压点完成CT（1）取电的控制，其中Vu1＜Vu2＜Vo1，Vu1是隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）的启动电压，也是隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）的输入欠压保护点，当LC滤波电路（5）输出电压大于Vu1时隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）工作，输出电压小于Vu1时，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）停止工作；Vu2是余流泄放开关（3）关断的电压点，Vo1是余流泄放开关（3）闭合的电压点,当LC滤波电路（5）的输出电压超过Vo1时余流泄放开关（3）闭合，LC滤波电路（5）电压开始下降，下降到Vu2时余流泄放开关(3)关断。 

作为以上技术方案的一种改进，还包括驱动电路，回差比较电路发出的信号经驱动电路进行功率的放大后驱动余流泄放开关闭合或断开。 

作为以上技术方案的一种改进，还包括设置在LC滤波电路与隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路之间的偏置电源，其为参考电压形成电路、回差比较电路以及驱动电路供电。 

作为以上技术方案的一种改进，还包括连接在CT与第一桥式整流电路之间的输入尖峰电压抑制电路，用于抑制从CT输出的电压里可能含有的过高的尖峰电压。 

作为以上技术方案的一种改进，还包括交流输入保护电路、电源滤波器、第二桥式整流电路，为供电装置提供额外的交、直流兼容的电源输入通道。 

本发明的有益效果是： 

本发明采用电子开关对CT输出的多余电流进行泄放，间歇地从CT中提取所需的能量，以限制CT的输出过压，防止CT饱和。采用高压输入的高频开关电源技术以提高取电电压，从而减小CT的输出电流，这样减小CT及其后整流电路、泄流开关的发热，提高取电的效率。高频开关电源技术的DC/DC电路比线性稳压的DC/DC电路效率高，特别是输入-输出压差大时，这进一步提高整个供电装置的转换效率。采用隔离的DC/DC变换技术，不需要第二级变换就可以同时输出多路稳压电源，多路输出的电压大小可根据应用需要改变DC/DC的高频变压器即可调整。

具体来说，本发明的优势在于： 

1) CT取电电压高。从CT上抽取同样功率的时，CT输出电压越高，则输出电流越小，CT、整流桥、泄流开关的损耗越小，装置发热小，可保证长期工作的可靠性。

2) 不需要使用大电流的整流桥和开关管，可以降低成本。 

3) 取电的功率大，同样的CT输出电流时，取电功率是现有技术的10~20倍。如果需要，本发明中采用的高频开关电源技术的DC/DC电路还可使用更高工作电压的拓扑结构和电路，就可从CT提取更大的功率，但前提是CT功率必须满足输出要求。 

4)  DC/DC变换采用的高频开关电源技术而不是线性稳压电源技术进行稳压，DC/DC变换的效率高，损耗小，发热小，输出功率大。 

5) 可以不用加二级DC/DC变换即可直接输出满足监测设备需要的多路隔离、电压稳定的直流电源，进一步提高效率。 

6) 泄流开关的响应速度快，因此耐受过流及短路冲击的能力强，同时抑制输入过压的能力强。 

7) 可接交流、直流、CT供电多种输入，且输入电压范围宽，适用范围广。 

8) 使用普通的CT即可，只要CT功率能满足要求，不需要专用的取电CT，这样可降低成本。 

9) 使用电子开关而不是没继电器，不存在继电器切换过程中造成CT输出线圈短时悬空的问题。 

10)DC/DC工作电压范围宽，因此Hold up能力强，抗输入闪变能力强，供电装置输出更稳定、可靠。 

11) 与PT供电比较：体积小可安装在终端监测设备内，成本低、可靠性高。 

附图说明

下面结合附图对发明的具体实施方式作进一步详细说明。 

图1为本发明的原理方框图； 

图2为本发明采用多CT取电时CT及整流电路的连接原理图；

图3为本发明的一个具体实施例的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提出的装置由取电电流互感器（CT）1、第一桥式整流电路2、输入尖峰电压抑制电路12、余流泄放开关3、二极管4、LC滤波电路5、输入电压采样电路6、偏置电源7、参考电压形成电路8、回差比较电路9、驱动电路10、隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11、交流输入保护电路13、电源滤波器14、第二桥式整流电路15组成。 

其中，高压电流回路单线穿过CT，当高压回路中流过电流Ip时，在CT的二次侧的线圈中就会产生电流Is，Is≈Ip/N，N是CT的变比，该电流流经CT之后的电路被转变成电压，在第一桥式整流电路2之前是交流电压，经第一桥式整流电路2整流之后变成直流电压，输入尖峰电压抑制电路12的作用是抑制从CT输出的电压里可能含有的过高的尖峰电压，对第一桥式整流电路2及其后面的电路进行保护，LC滤波电路5将第一桥式整流电路2输出的电压进行平滑滤波，经LC滤波电路5平滑滤波后的电压送到隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11的输入端，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11是一个隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换的多路输出的稳压电源，它把LC滤波电路5的电压变换为最终我们需要的多路（图1中的中OUT1~OUTn）相互隔离的、稳定的直流输出电压，实际路数按实际需要设计。 

余流泄放开关3的作用是把CT输入其后电路的多余能量泄放掉，不让多余的能量进入后面的电路，间歇取能。输入电压采样电路6采集LC滤波电路5的输出电压并把信号送给回差比较电路9，参考电压形成电路8产生参考电压信号也送给回差比较电路9，由回差比较电路9把输入电压采样电路6与参考电压形成电路8的信号进行比较。当输入电压采样电路6的信号大于参考电压形成电路8的信号时就认为CT输入的能量过剩了，回差比较电路9立即发出让余流泄放开关3闭合的信号，这个信号经驱动电路10进行功率放大，驱动余流泄放开关3闭合，余流泄放开关3闭合把CT产生的电流短路泄放，多余的能量被屏蔽在第一桥式整流电路2后级电路之外。在余流泄放开关3闭合期间由LC滤波电路5中存储能量的电容放电，继续为其后面的电路供电，LC滤波电路5在放电时，电压逐渐下降，当电压降低到输入电压采样电路6的电压小于参考电压形成电路8的电压时，回差比较电路9立即发出让余流泄放开关3断开的信号，信号经驱动电路10放大驱动余流泄放开关3断开。如此通过余流泄放开关3不断地闭合、断开维持LC滤波电路5的输出电压稳定在一个设定的范围之内。二极管4的作用是防止余流泄放开关3闭合时LC滤波电路5存储的能量也被余流泄放开关3泄放了。偏置电源7是为参考电压形成电路8、回差比较电路9、驱动电路10供电的偏置电源。 

余流泄放开关余流泄放开关3放在如图1中的位置时可使用MOS管、三极管、IGBT作为开关，余流泄放开关3也可以跨接在CT的二次侧输出线圈的两端，这时可使用固态继电器、双向可控硅等双向开关器件。 

图1中交流输入保护电路13、电源滤波器14、第二桥式整流电路15组成附加的电路，作用是为供电装置提供另外一个交、直流兼容的电源输入通道，可接入宽范围的交流或直流电源，目的是使供电装置可适应多种输入方式，可方便用户调试设备，供电装置具有更宽的适用场合。交流输入保护电路13是由保险管、压敏电阻、NTC热敏电阻组成的输入保护电路，电源滤波器14是由共模滤波电感、X及Y安规电容组成的电源滤波器电路，第二桥式整流电路15是桥式整流电路，交流输入保护电路13、电源滤波器14、第二桥式整流电路15都是常规电路，这里就不详细说明了。 

因为CT的二次侧输出线圈是一个电流源，电流源的输出阻抗为无穷大，因此它二次侧的输出电压由输出电流的大小及其后所接的电路的等效输入阻抗决定，相同输出电流时，后面的电路的等效输入阻抗越大，CT的输出电压越大，CT的输出功率也越大。当CT输出功率超过了供电装置的输出功率（包括供电装置自身损耗的功率）时，CT输出电压就要不断上升，CT输出电压不能无限上升，必须进行限制，本发明采用了上述的用余流泄放开关3泄放CT多余的输出电流，间歇地从CT提取能量的方法限制CT的输出电压的上限。 

上电时CT输出电流开始给LC滤波电路5中的电容充电，当LC滤波电路5的输出电压没达到隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11的启动电压之前，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11处于关闭状态,此时CT后面的电路的直流等效输入阻抗很大，LC滤波电路5的输出电压就逐渐上升，当LC滤波电路5的电压达到隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11的启动电压时，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11开始工作为负载供电。因此我们只要使得Is_min*Vu1≥Pout/η，供电装置即可在整个取电电流范围内稳定地输出所需功率[Is_min：取电电流范围的下限，CT二次侧输出电流值；Vu1:隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11的启动电压值；Pout：供电装置的额定输出功率；η：CT之后的电路的效率]。本发明中隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11采用的是隔离型高频开关脉宽调制稳压电源技术，输入工作电压高、范围宽，输入工作电压是前述公开专利和论文中使用的线性稳压器、低压DC/DC变换器的20倍或更高，因此在同样的CT输出电流下，可提取更大的功率。工作输入范围宽，使得供电装置具有更长的Hold up时间，有更强的抗输入闪变能力。采用隔离高频开关脉宽调制稳压技术，比线性稳压电源有更高的变换效率，装置可以更有效率地从CT取电，隔离技术可以直接提供多路相互隔离的电压稳定的输出，不需要再进行二级变换，进一步提高效率和简化电路。 

滤波电路LC滤波电路5的输出电压有三个关键点，分别是Vu1、Vu2、Vo1，Vu1＜Vu2＜Vo1。Vu1是隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11的启动电压，也是隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11的输入欠压保护点，当LC滤波电路5输出电压大于Vu1时隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11工作，输出电压小于Vu1时，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11停止工作；Vu2是余流泄放开关3关断的电压点，Vo1是余流泄放开关3闭合的电压点。当LC滤波电路5的输出电压超过Vo1时余流泄放开关3闭合，LC滤波电路5电压开始下降，下降到Vu2时余流泄放开关3关断。 

装置也可如图2所示利用多个CT取电，图2中的CT、余流泄放开关3和LC滤波电路5与图1中的CT相同，第一桥式整流电路2、二极管4、输入电压采样电路6与图1中第一桥式整流电路2相同，偏置电源7、参考电压形成电路8、回差比较电路9与图1中输入尖峰电压抑制电路12相同。多CT取电可用于三相高压电路中，可以同时从三相电流取电，也可只取其中两相的电流，还可几个CT同时穿过一相电流来弥补单个CT功率的不足。 

图3为本发明的一个具体实施例。这个实施例是一个：用额定输出电流/功率为：5A/30VA的常规CT取电，在1%~150%的线路额定电流范围之内都能提供10.2W的输出功率，分+24V/0.1A，+12V/0.4A，+5V/0.6A三路隔离输出的供电装置。它的Vu1、Vu2、Vo1分别为：250V、300V、320V。 

图3按图1的功能块进行了划分，其中CT是1个额定输出电流/额定功率为5A/30VA的常规CT；输入尖峰电压抑制电路12由1个MYG14G361型氧化锌压敏电阻MOV2组成；第一桥式整流电路2是1个15A/600V的单相整流桥BD1组成的全桥整流电路；余流泄放开关3由1个20A/500V的MOS管Q1构成；二极管4是1个5A/600V的普通二极管D1；LC滤波电路5是由E6、L1、C8组成的π型滤波电路；输入电压采样电路6是R6、R9、C6、D3组成的电阻分压网络，用于对LC滤波电路5的输出电压进行采样。 

此实施例的LC滤波电路5的平均输出电压为310V左右，按装置要求的10.2W输出功率，从CT取电的平均电流只需要40mA（已经考虑了DC/DC转换效率的因素），但第一桥式整流电路2和余流泄放开关3二极管4选择的器件的额定电流远大于此，原因是考虑供电装置必须能承受得住高压线路可能出现的短路故障产生的瞬间的短路冲击电流。 

图3中偏置电源7是由DW1、E1、C7、R6、D1、RW1、E3、D1a组成的偏置电源，它为单元电路参考电压形成电路8回差比较电路9驱动电路10供电。装置刚上电时，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11还没有输出，偏置电源7通过RW1、D1、E3从LC滤波电路5的输出取电，并把电能储存在E3中，当隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11的+24V输出正常时，D1a与D1构成的“或”关系电路自动选择+24V给偏置电源7供电，这样设计是可大幅减小正常运行时RW1的损耗，从而提高了装置的效率。R6和稳压二极管把偏置电源7的输出电压变为稳定的直流电压给参考电压形成电路8回差比较电路9驱动电路10。 

图3中参考电压形成电路8是R8、R13、C5组成的参考电压形成电路，调节R8与R13的比例可以获得需要的参考电压值，参考电压送到回差比较电路9中的运放U1A的2脚（运放的负输入端），回差比较电路9是由运放U1A、D2、R5的回差比较器电路，通过调节R8、R13、R5的比例把装置的Vu2、Vo1分别设为300V、320V，当LC滤波电路5输出电压达到320V时U1A输出高电平通过驱动电路10驱动余流泄放开关3接通，余流泄放开关3接通后LC滤波电路5电压开始下降，当降到300V时回差比较电路9输出由高电平转为低电平，余流泄放开关3被关断，余流泄放开关3关断后LC滤波电路5电压开始上升。驱动电路10是由三极管Q2、Q3、电阻R3、R12、稳压二极管DW2组成的MOS管余流泄放开关3的图腾柱式驱动电路，驱动能力强，可以快速地开关MOS管，保证CT取电调节的快速响应能力。 

图3中的交流输入保护电路13电源滤波器14第二桥式整流电路15组成供电装置的附加交、直流兼容的输入通道，可以与CT取电同时接入装置，其中任何一个有电，供电装置都可以工作。交流输入保护电路13是由保险管FS1、氧化锌压敏电阻MOV1、负温度系数电阻NTC1组成的输入保护单元电路，具有过流保护、尖峰电压抑制、浪涌电流抑制等功能；电源滤波器14是X电容CX1，Y电容CY1、CY2，电阻R1、R2、共模滤波电感LC1组成的电源滤波器；第二桥式整流电路15是由1A/600V单相整流桥集成电路BD2组成的全桥整流电路。 

图3中的隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11是一个以Power Integration公司的单片开关电源集成电路TNY278P（即图中的U1a）为核心的flyback拓扑结构的隔离型高频开关脉宽调节式DC/DC稳压电源电路，有+24V/0.1A，+12V/0.4A，+5V/0.6A三路隔离输出电压。通过R1a把装置的Vu1设置为250V，当LC滤波电路5的输出电压达到250V时，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11开始启动，各路输出经过软启动后建立各自的稳定电压；二极管D6a、电阻RW2a、RW3a、电容C7a、TVS管DZ1a组成吸收电路，吸收变压器T1a漏感产生的电压尖峰；光耦op1a、电容C9a、C8a、电阻R4a、R5a、稳压二极管DW1a组成反馈电路，以+12V/0.4A这一路的输出电压作为反馈控制目标；变压器T1a起储能、隔离及变压三个作用；二极管D4a、电容E4a、E7a，电感L2a组成+12V/0.4A这一路输出的整流滤波电路；二极管D3a、电容E1a、E8a，电感L1a组成+5V/0.6A这一路输出的整流滤波电路；二极管D2a、电容E3a、组成+24V/0.1A这一路输出的整流滤波电路。 

以上只是本专利技术一个案例的具体实施方法，但专利保护不限于此。余流泄放开关3也可选用三极管、可控硅、IGBT等器件；余流泄放开关3的位置也可放在CT之后，与输入尖峰电压抑制电路12并联；Vu1、Vu2、Vo1根据需要也可设置为其它的值；隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路11也可采用其它拓扑结构的高频开关电源，它的输出也不限于三路，也不限于案例的+24V/0.1A，+12V/0.4A，+5V/0.6A的电压/电流，也不限于使用TNY278P集成电路，可根据实际需要设计；输入尖峰电压抑制电路12也可选用TVS、气体放电管等尖峰电压抑制保护器件；装置的输出功率也不限于10.2W，CT也不限于案例中所选，可根据实际情况选型、设计。 

本发明采用电子开关对CT输出的多余电流进行泄放，间歇地从CT中提取所需的能量，以限制CT的输出过压，防止CT饱和。采用高压输入的高频开关电源技术以提高取电电压，从而减小CT的输出电流，这样减小CT及其后整流电路、泄流开关的发热，提高取电的效率。高频开关电源技术的DC/DC电路比线性稳压的DC/DC电路效率高，特别是输入-输出压差大时，这进一步提高整个供电装置的转换效率。采用隔离的DC/DC变换技术，不需要第二级变换就可以同时输出多路稳压电源，多路输出的电压大小可根据应用需要改变DC/DC的高频变压器即可调整。 

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种电流互感器供电装置，其特征在于：包括一个或多个电流互感器（CT）（1）、第一桥式整流电路（2）、余流泄放开关（3）、二极管（4）、LC滤波电路（5）、输入电压采样电路（6）、参考电压形成电路（8）、回差比较电路（9）、驱动电路（10）、隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）以及输入尖峰电压抑制电路（12）;其中，高压电流回路单线穿过CT（1），CT（1）输出的感应交流电压经第一桥式整流电路（2）整流之后变成直流电压， LC滤波电路（5）对第一桥式整流电路（2）输出的电压进行平滑滤波，滤波后的电压送到隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）的输入端，以将滤波后的电压变换为多路相互隔离的、稳定的直流输出电压；余流泄放开关（3）连接在第一桥式整流电路（2）与LC滤波电路（5）之间，输入电压采样电路（6）连接在LC滤波电路（5）与隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）之间，其采集LC滤波电路（5）的输出电压并把信号送给回差比较电路（9），回差比较电路（9）同时还从参考电压形成电路（8）获得参考电压信号；回差比较电路（9）将输入电压采样电路（6）与参考电压形成电路（8）的信号进行比较，当输入电压采样电路（6）的信号大于参考电压形成电路（8）的信号时认为CT（1）输出的能量过剩，回差比较电路（9）发出信号驱动余流泄放开关（3）闭合，以将CT（1）产生的过剩电流短路泄放；在余流泄放开关（3）闭合期间由LC滤波电路（5）中存储能量的电容放电，继续为其后面的电路供电，当电容的电压降低到令输入电压采样电路（6）的电压小于参考电压形成电路（8）的电压时，回差比较电路（9）发出信号驱动余流泄放开关（3）断开，如此循环将LC滤波电路（5）的输出电压稳定在一个设定的范围之内；二极管（4）串联在余流泄放开关（3）与LC滤波电路（5）之间的电路上，用于防止余流泄放开关（3）闭合时LC滤波电路（5）存储的能量也被余流泄放开关（3）泄放；输入尖峰电压抑制电路(12)跨接于CT（1）的二次侧线圈的两端，用于抑制从CT（1）输出的电压里可能含有的过高的尖峰电压。

2.根据权利要求1所述的电流互感器供电装置，其特征在于：隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）为采用高频开关电源技术的DC/DC电路。

3.根据权利要求1所述的电流互感器供电装置，其特征在于：余流泄放开关（3）可以跨接在电流互感器（CT）（1）的二次侧输出线圈的输出端上或者跨接在第一桥式整流电路（2）的输出端上。

4.根据权利要求1所述的电流互感器供电装置，其特征在于：余流泄放开关（3）为采用MOSFET、IGBT、三极管、可控硅、固态继电器等器件构成的电子开关。

5.根据权利要求1所述的电流互感器供电装置，其特征在于：装置为LC滤波电路（5）的输出电压设置了电压控制点Vu1、Vu2、Vo1，装置根据所述电压点完成CT（1）取电的控制，其中Vu1＜Vu2＜Vo1，Vu1是隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）的启动电压，也是隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）的输入欠压保护点，当LC滤波电路（5）输出电压大于Vu1时隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）工作，输出电压小于Vu1时，隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）停止工作；Vu2是余流泄放开关（3）关断的电压点，Vo1是余流泄放开关（3）闭合的电压点,当LC滤波电路（5）的输出电压超过Vo1时余流泄放开关（3）闭合，LC滤波电路（5）电压开始下降，下降到Vu2时余流泄放开关(3)关断。

6.根据权利要求1所述的电流互感器供电装置，其特征在于：还包括驱动电路（10），回差比较电路（9）发出的信号经驱动电路（10）进行功率的放大后驱动余流泄放开关（3）闭合或断开。

7.根据权利要求1所述的电流互感器供电装置，其特征在于：还包括设置在LC滤波电路（5）与隔离型高频开关脉宽调制DC/DC变换多路输出稳压电源电路（11）之间的偏置电源（7），其为参考电压形成电路（8）、回差比较电路（9）以及驱动电路（10）供电。

8.根据权利要求1所述的电流互感器供电装置，其特征在于：还包括交流输入保护电路（13）、电源滤波器（14）、第二桥式整流电路（15），为供电装置提供额外的交、直流兼容的电源输入通道。

Images