CN102684322A

CN102684322A - 一种基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路

Info

Publication number: CN102684322A
Application number: CN2012101741435A
Authority: CN
Inventors: 陈宝林; 叶永强; 高旭东
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Hangzhou Hengsheng Electronic Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: CN102684322B

Abstract

本发明公开了一种基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，包括取电线圈、电压泵模块、储能模块、电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器模块，高压电缆上套有取电线圈，该取电线圈的输出端连接电压泵模块，该电压泵模块连接储能模块的输入端，该储能模块的输出端分别连接电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器，该稳压器后接负载。本发明装置结构和方法实现比较简单，体积小，轻便，满足高压线安全规范。

Description

一种基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路

技术领域

本发明属于能量采集技术，特别是一种能量采集稳压电源电路。

背景技术

在电力设备监控领域，尤其是对高压电缆的状态监测，如何给高压电缆附属设备提供电源一直是一项棘手的问题。目前一种较好的方法是直接利用电缆上流过的电流，通过互感器获取电能，用以供给外部设备。但是，CT（电流互感器）取电方法本身存在供电死区，即当电缆上流过的电流较小时，取电线圈获取的电能小，不足以给电缆附属设备供电。解决此问题一直是一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，为高压电缆附属设备提供电源，有效的压缩了供电死区，使其在高压电缆中电流小至1A的情况下也能为附属设备提供电能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，包括取电线圈、电压泵模块、储能模块、电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器模块，高压电缆上套有取电线圈，该取电线圈的输出端连接电压泵模块，该电压泵模块连接储能模块的输入端，该储能模块的输出端分别连接电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器，该稳压器后接负载，高压电缆作为取电线圈一次侧输入端，当高压电缆中电流变化时，根据电磁感应原理，取电线圈的输出端作为二次侧获取感应电能，取电线圈二次侧感应输出电压、电流，流入电压泵模块中，经电压泵模块电能转移和倍压作用下，经储能模块收集和存储起来，根据负载需求通过迟滞比较模块设置工作电压区间U_H、U_L，基准电压模块给迟滞比较模块提供一个基准电压信号，电压采样模块采样当前储能模块的电压作为迟滞比较模块的输入信号，当储能模块电压到达U_H时，这时采样电压大于基准电压时，迟滞比较模块控制电子开关闭合，向稳压器和负载供电，然后储能模块电压下降，当下降到U_L时，这时采样电压小于基准电压，电子开关断开，储能模块重新存储电能，周而复始。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明为解决给高压附属设备供电问题提供新的技术手段，其装置结构和方法实现比较简单，体积小，轻便，满足高压线安全规范。（2）本发明利用高压线周围存在的电磁场，通过电流互感器获取感应能量，对于高压附属设备来说，就地取能，相比电池来讲，寿命延长，不用经常更换，其屏蔽性好，在高压电场中可以安全稳定的工作，相比太阳能取电方式，不受天气以及场所的影响。（3）可以在高压线中电流低至1A的情况下，给附属设备供电，较目前的CT取电方法，有效的压缩供电死区。（4）本发明装置的应用范围广阔、通用性好，可以为单片机、无线模块等供电。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1 为基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路示意图。

图2 本发明供电电源电路中的五级电压泵模块。

图3 本发明供电电源电路中的七级电压泵模块。

具体实施方式

结合图1，本发明在高压母线电流不足的情况下，取电线圈提供能量不足以使附属用电设备连续供电时，将所采集的能量储存，当能量积累到一定的数值时，（储能模块的储能电容的电压达到

时）给负载供电。原来的供电方式为连续供电，当高压电缆中电流大于8A时负载才能正常工作，现在的工作方式为断续供电，是将小电流的能量储存累积后给负载供电，故能够做到增大供电的输入范围，减小供电死区。本发明基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，包括取电线圈T1、电压泵模块、储能模块、电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器模块，高压电缆上套有取电线圈T1，该取电线圈T1的输出端连接电压泵模块，该电压泵模块连接储能模块的输入端，该储能模块的输出端分别连接电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器，该稳压器后接负载，高压电缆作为取电线圈一次侧输入端，当高压电缆中电流I变化时，根据电磁感应原理，取电线圈的输出端作为二次侧获取感应电能，取电线圈T1二次侧感应输出电压、电流，流入电压泵模块中，经电压泵模块电能转移和倍压作用下，经储能模块收集和存储起来（储能模块可为超级电容或者小的电池组），根据负载需求通过迟滞比较模块设置工作电压区间、U_L，基准电压模块给迟滞比较模块提供一个基准电压信号，电压采样模块采样当前储能模块的电压作为迟滞比较模块的输入信号，当储能模块电压到达

时，这时采样电压大于基准电压时，迟滞比较模块控制电子开关闭合，向稳压器和负载供电，然后储能模块电压下降，当下降到

时，这时采样电压小于基准电压，电子开关断开，储能模块重新存储电能，周而复始，为高压线附属设备间歇供电。其中，、U_L的确定：U_L的选取: U_L≥稳压器的最低输入电压，再根据C（U_H-U_L）≥I_O*⊿t选取U_H，C为储能电容，I_O为输出电流，⊿t为负载断续工作时间。举例说明：负载电源要求3.3V，通过迟滞比较模块设置工作电压区间U_H、U_L，U_H为6V时工作，U_L为4V时关闭。

本发明基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路的电压泵模块可以为三级、五级、七级、九级等。这里选择几级电压泵模块的标准取决于设定的高压线缆最低工作电流值及取电线圈的输出特征。（取电线圈匝数受到结构因数的影响，匝数会不同，当设定的高压线缆最低工作电流值小、匝数多时，电压泵模块的级数取多级）下面以三级、五级、七级对电压泵模块进行说明。

结合图1，本发明基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路的三级电压泵模块由第一、二、三二极管D1、D2、D3和第一、二、三电容C1、C2、C3组成，取电线圈的输出端为两个，其中取电线圈的一个输出端依次连接第一、二、三二极管D1、D2、D3，第三二极管D3的负极连接储能模块，第一二极管D1的正极连接第一电容C1的负端，第一电容C1的正端连接第二、三二极管D2、D3之间，第三电容C3的正端连接第三二极管D3的负极，第二电容C2的正端连接在第一、二二极管D1、D2之间，第二电容C2的正端连接第三电容C3的负端，第二电容C2的负端分别连接取电线圈的另一个输出端（作为地线）、储能模块。

针对取电线圈二次侧感应输出交流电流，当输入信号为正半周期时，其输出交流电流经第一二极管D1流入第二电容C2存储为二次侧输出电压即电压泵模块输入电压；当输入信号为负半周期时，其输出交流电流经第二电容C2、第二二极管D2流入第一电容C1存储为二次侧输出电压即电压泵模块输入电压

；当输入信号再为正半周期时经第一电容C1向第三电容C3、储能模块充电，这时储能模块两端的电压为，稳定在3u，(这样就将取电线圈二次侧感应输出交流电流的电能转移并储存到储能模块，实现了电能转移和倍压作用)，同理五级、七级、九级等电压泵模块的工作过程都是一致。

结合图2，本发明基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路的五级电压泵模块由第一、二、三、四、五二极管D1、D2、D3、D4、D5和第一、二、三、四、五电容C1、C2、C3、C4、C5组成，取电线圈的输出端为两个，其中取电线圈的一个输出端依次连接第一、二、三、四、五二极管D1、D2、D3、D4、D5，第五二极管D5的负极连接储能模块C8，第一二极管D1的正极连接第一电容C1的负端，第一电容C1的正端连接第二、三二极管D2、D3之间，第三电容C3的负端连接在第一电容C1的正端，第三电容C3的正端连接在第四、五二极管D4、D5之间，第二电容C2的正端连接第四电容C4的负端，第四电容C4的正端连接在第三、四二极管D3、D4之间，第五电容C5的正端连接在第五二极管D5的负极，第五电容C5的负端连接在第四电容C4的正端，第二电容C2的负端分别连接取电线圈的另一个输出端（作为地线）、储能模块C8。

结合图3，本发明基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路的七级电压泵模块由第一、二、三、四、五、六、七二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和第一、二、三、四、五、六、七电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7组成，取电线圈的输出端为两个，其中取电线圈的一个输出端依次连接第一、二、三、四、五、六、七二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，第七二极管D7的负极连接储能模块C8，第一二极管D1的正极连接第一电容C1的负端，第一电容C1的正端连接第二、三二极管D2、D3之间，第三电容C3的负端连接在第一电容C1的正端，第三电容C3的正端连接在第四、五二极管D4、D5之间，第二电容C2的正端连接第四电容C4的负端，第四电容C4的正端连接在第三、四二极管D3、D4之间，第五电容C5的负端连接在第三电容C3的正端，第五电容C5的正端连接在第六、七二极管D6、D7之间，第六电容C6的负端连接在第四电容C4的正端，第六电容C6的正端连接在第五、六二极管D5、D6之间，第七电容C7的负端连接在第六电容C6的正端，第七电容C7的正端连接在第七二极管D7的负极，第二电容C2的负端分别连接取电线圈的另一个输出端（作为地线）、储能模块C8。

Claims

1.一种基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，其特征在于包括取电线圈（T1）、电压泵模块、储能模块、电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器模块，高压电缆上套有取电线圈（T1），该取电线圈（T1）的输出端连接电压泵模块，该电压泵模块连接储能模块的输入端，该储能模块的输出端分别连接电压采样模块、基准电压模块、迟滞比较模块、电子开关及稳压器，该稳压器后接负载，高压电缆作为取电线圈一次侧输入端，当高压电缆中电流（I）变化时，根据电磁感应原理，取电线圈的输出端作为二次侧获取感应电能，取电线圈（T1）二次侧感应输出电压、电流，流入电压泵模块中，经电压泵模块电能转移和倍压作用下，经储能模块收集和存储起来，根据负载需求通过迟滞比较模块设置工作电压区间U_H、U_L，基准电压模块给迟滞比较模块提供一个基准电压信号，电压采样模块采样当前储能模块的电压作为迟滞比较模块的输入信号，当储能模块电压到达（U_H）时，这时采样电压大于基准电压时，迟滞比较模块控制电子开关闭合，向稳压器和负载供电，然后储能模块电压下降，当下降到（U_L）时，这时采样电压小于基准电压，电子开关断开，储能模块重新存储电能，周而复始。

2.根据权利要求1所述的基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，其特征在于电压泵模块为三级、五级、七级的电压泵模块。

3.根据权利要求1所述的基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，其特征在于三级电压泵模块由第一、二、三二极管（D1、D2、D3）和第一、二、三电容（C1、C2、C3）组成，取电线圈的输出端为两个，其中取电线圈的一个输出端依次连接第一、二、三二极管（D1、D2、D3），第三二极管（D3）的负极连接储能模块，第一二极管（D1）的正极连接第一电容（C1）的负端，第一电容（C1）的正端连接第二、三二极管（D2、D3）之间，第三电容（C3）的正端连接第三二极管（D3）的负极，第二电容（C2）的正端连接在第一、二二极管（D1、D2）之间，第二电容（C2）的正端连接第三电容（C3）的负端，第二电容（C2）的负端分别连接取电线圈的另一个输出端、储能模块。

4.根据权利要求1所述的基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，其特征在于五级电压泵模块由第一、二、三、四、五二极管（D1、D2、D3、D4、D5）和第一、二、三、四、五电容（C1、C2、C3、C4、C5）组成，取电线圈的输出端为两个，其中取电线圈的一个输出端依次连接第一、二、三、四、五二极管（D1、D2、D3、D4、D5），第五二极管（D5）的负极连接储能模块，第一二极管（D1）的正极连接第一电容（C1）的负端，第一电容（C1）的正端连接第二、三二极管（D2、D3）之间，第三电容（C3）的负端连接在第一电容（C1）的正端，第三电容（C3）的正端连接在第四、五二极管（D4、D5）之间，第二电容（C2）的正端连接第四电容（C4）的负端，第四电容（C4）的正端连接在第三、四二极管（D3、D4）之间，第五电容（C5）的正端连接在第五二极管（D5）的负极，第五电容（C5）的负端连接在第四电容（C4）的正端，第二电容（C2）的负端分别连接取电线圈的另一个输出端、储能模块。

5.根据权利要求1所述的基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，其特征在于七级电压泵模块由第一、二、三、四、五、六、七二极管（D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7）和第一、二、三、四、五、六、七电容（C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7）组成，取电线圈的输出端为两个，其中取电线圈的一个输出端依次连接第一、二、三、四、五、六、七二极管（D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7），第七二极管（D7）的负极连接储能模块，第一二极管（D1）的正极连接第一电容（C1）的负端，第一电容（C1）的正端连接第二、三二极管（D2、D3）之间，第三电容（C3）的负端连接在第一电容（C1）的正端，第三电容（C3）的正端连接在第四、五二极管（D4、D5）之间，第二电容（C2）的正端连接第四电容（C4）的负端，第四电容（C4）的正端连接在第三、四二极管（D3、D4）之间，第五电容（C5）的负端连接在第三电容（C3）的正端，第五电容（C5）的正端连接在第六、七二极管（D6、D7）之间，第六电容（C6）的负端连接在第四电容（C4）的正端，第六电容（C6）的正端连接在第五、六二极管（D5、D6）之间，第七电容（C7）的负端连接在第六电容（C6）的正端，第七电容（C7）的正端连接在第七二极管（D7）的负极，第二电容（C2）的负端分别连接取电线圈的另一个输出端、储能模块。

6.根据权利要求1所述的基于高压电力线取电的能量采集稳压电源电路，其特征在于U_H、U_L的确定：U_L的选取: U_L≥稳压器的最低输入电压，再根据C（U_H-U_L）≥I_O*⊿t选取U_H，C为储能电容，I_O为输出电流，⊿t为负载断续工作时间。