CN102810912A - 电子设备中的供电装置及其供电方法和电子设备 - Google Patents

电子设备中的供电装置及其供电方法和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提出了一种电子设备中的供电装置，此供电装置包括：带有N个串联的二次绕组部的电流互感器、储能电容器和绕组选择器；其中，N为整数，且N≥2；其中：绕组选择器，响应于表示所述电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部中一个或多个串联的绕组部输出电流；及，储能电容器由所述输出电流充电，并为电子设备的主电路供电。本发明实施例还提供了一种相应的电子设备和方法。采用本发明实施例能够以较少的电能损耗实现供电。

Description

电子设备中的供电装置及其供电方法和电子设备
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电子设备中的供电装置及其实现供电的方法和一种采用此供电装置的电子设备。
背景技术
目前，很多电子设备都使用基于电流互感器的供电装置，此供电装置至少包括：电流互感器(currenttransformer)和储能电容器(energy storage capacitor)。当开启电子设备时，供电装置中的电流互感器的二次绕组(secondary winding)输出电流，此二次绕组输出的电流启动储能电容器并开始为储能电容器充电。之后，储能电容器的输出电压可为电子设备的主电路(除供电装置之外的其他电路，例如信号处理电路等)供电。比如：在电力分配系统中，塑壳断路器(MCCB，Molded Case Circuit Breaker)和空气断路器(ACB，Air Circuit Breaker)等开关设备所带的电子保护装置都带有此种基于电流互感器的供电装置。这里所述的电子保护装置例如可以为电子脱扣单元(ETU)或者漏电保护装置(RCD)等。
但是，由于供电装置中的电流互感器仅包括一个两接头的二次绕组，所以，在电子设备启动时和进入正常工作状态后，电流互感器的二次绕组输出的电流基本上是恒定的。这样就会出现如下问题：
如果二次绕组的匝数被设置得较大，则在电子设备启动时，二次绕组输出的电流太小，使得启动主电路的时间较长。然而，如果此二次绕组的匝数被设置得较小以保证较短的启动主电路的时间，则当主电路启动之后进入正常工作状态时，供电装置中储能电容器输出的电能(即输出电压)仍保持较高水平，但是此时主电路所需的电能会显著降低，这样就浪费了大量电能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种电子保护装置中的供电装置及其实现供电的方法和一种采用此供电装置的电子保护装置。
本发明实施例提出了一种电子设备中的供电装置，此供电装置包括：带有N个串联的二次绕组部的电流互感器、储能电容器和绕组选择器；其中，N为整数，且N≥2；其中：绕组选择器，响应于表示所述电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部中一个或多个串联的绕组部输出电流；及，储能电容器由所述输出电流充电，并为电子设备的主电路供电。采用此供电装置对电子设备供电时，可以根据电子设备的工作状态来调整串联输出电流的二次绕组部的数量，进而能根据电子设备的实际工作状态来提供合适大小的电流，从而能提高供电效率又能显著减少电能浪费。
在上述供电装置的一个实施例中，响应于表示电子设备处于启动状态的第一状态信号，绕组选择器使得第一数目的串联二次绕组部输出电流；响应于表示电子设备处于正常工作状态的第二状态信号，绕组选择器使得第二数目的串联二次绕组部输出电流；其中，第一数目小于第二数目。采用此供电装置进行供电时，能够以较短时间启动电子设备，并能在电子设备进入正常工作状态后将电流调整到较低的水平以避免电能浪费。
在上述供电装置的一个实施例中，响应于表示电子设备出现涌入过载的第三状态信号，绕组选择器使得第三数目的串联二次绕组部输出电流；其中第三数目小于第二数目。采用此供电装置进行供电时，还能在电子设备出现涌入过载(inrush overload)时将电流调整到较高水平，以使电子设备快速完成保护功能。
在上述供电装置的一个实施例中，N个二次绕组部按从第一二次绕组部到第N二次绕组部的顺序串联连接；且存在M个电流输出路径，其中一个第一电流输出路径和M-1个第二电流输出路径，其中第一电流输出路径耦合到第N二次绕组部的电流输出端；M-1个第二电流输出路径分别耦合到N-1个相邻二次绕组的结合点中的M-1个结合点，其中M为大于等于2且小于等于N的整数；绕组选择器响应于上述状态信号，选择性地使得M个电流输出路径之一输出电流。此供电装置能够根据电子设备的工作状态完成对应于不同二次绕组数目的电流输出路径之间的切换，能在电子设备的工作状态发生变化时调整电流大小。
在上述供电装置的一个实施例中，绕组选择器包括M个开关，其中：一个第一开关置于上述第一电流输出路径中，M-1个第二开关置于上述M-1个第二电流输出路径中；在同一时刻，M个开关中只有一个开关导通而其它M-1个开关断开。此供电装置能够根据电子设备的工作状态，通过对对应于不同二次绕组数目的电流输出路径之上的开关实施控制，能够快速实现这些电流输出路径的快速切换，进而能在电子设备的工作状态发生变化时及时调整电流大小。
在上述供电装置的一个实施例中，上述的N个二次绕组部可以为N个独立的二次绕组，每个二次绕组具有两接头。或者，上述N个二次绕组部可以由具有多个接头的单个或多个二次绕组的总共N个二次绕组部构成。优选地，N为2，例如，二次绕组部为两个各具有两接头的独立绕组，或者其也可以是一个具有三接头的单个绕组的两个绕组部分。此供电装置可以采用各种类型的二次绕组来实现对于输出电流的动态调整，易于实现且成本较低。
本发明实施例还提出了一种电子设备，该电子设备包括：上述任一供电装置和主电路。此电子设备由于使用了上述的供电装置，因此，其在进入不同的工作状态后，其供电电流会相应调整，使得其效率得到提高又能显著减少电能浪费。
本发明实施例还提出了一种供电装置向电子设备供电的方法，此供电装置包括：电流互感器和储能电容器，所述电流互感器带有N个串联的二次绕组部；其中，N为整数，且N≥2；所述方法包括：响应于表示电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部中一个或多个串联的绕组部输出电流；及，所述储能电容器由所述输出电流充电，并为所述电子设备的主电路供电。采用此方法对电子设备供电时，可以根据电子设备的工作状态来调整串联输出电流的二次绕组部的数量，进而能根据电子设备的实际工作状态来提供合适大小的电流，进而能提高供电效率又能显著减少电能浪费。
在上述方法的一个实施例中，响应于表示电子设备处于启动状态的第一状态信号，使得第一数目的串联二次绕组部输出电流；响应于表示电子设备处于正常工作状态的第二状态信号，使得第二数目的串联二次绕组部输出电流；其中，第一数目小于第二数目。采用此方法进行供电时，能够以较短时间启动电子设备，并能在电子设备进入正常工作状态后将电流调整到较低的水平以避免电能浪费。
在上述方法的一个实施例中，响应于表示电子设备出现涌入过载的第三状态信号，使得第三数目的串联二次绕组部输出电流；其中第三数目小于第二数目。采用此方法进行供电时，还能在电子设备出现涌入过载时将电流调整到较高水平，以使电子设备快速完成保护功能。
在上述方法的一个实施例中，供电装置中的N个二次绕组部按从第一二次绕组部到第N二次绕组部的顺序串联连接；供电装置中还存在M个电流输出路径，其中第一电流输出路径耦合到第N二次绕组部的电流输出端；M-1个第二电流输出路径分别耦合到N-1个相邻二次绕组的结合点中的M-1个结合点，其中M为大于等于2且小于等于N的整数；供电装置响应于上述状态信号，选择性地使得一个第一电流输出路径和M-1个电流输出路径之一输出电流。此方法能够根据电子设备的工作状态完成对应于不同二次绕组数目的电流输出路径之间的切换，能在电子设备的工作状态发生变化时调整电流大小。
在上述方法的一个实施例中，所述电子设备为电子保护装置，所述主电路包括信号处理电路和执行器控制电路；响应于所述第一状态信号，所述储能电容器由所述第一数目的串联二次绕组部输出的电流充电并启动所述信号处理电路；响应于所述第二状态信号，所述储能电容器由所述第二数目的串联二次绕组部输出的电流充电并为所述信号处理电路提供工作电压；响应于所述第三状态信号，所述储能电容器由所述第三数目的串联二次绕组部输出的电流充电，启动所述执行器控制电路并为所述信号处理电路提供工作电压。采用此方法对电子保护装置进行供电时，能在以较短时间启动电子保护设备，并在其正常工作时避免电能浪费，还能在涌入过载载时使其快速完成脱扣保护。
本发明实施例还提出了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行上述的供电装置实现供电的方法的指令。
本发明实施例还提出了一种计算机程序，当所述计算机程序运行于一机器中时使所述一机器执行上述的供电装置实现供电的方法。
采用本发明实施例提供的供电装置、方法及电子设备，能够以较低的电能损耗、较高的效率实现供电。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1示出了依据本发明一实施例的供电装置组成结构示意图；
图2示出了图1所示供电装置在电子设备启动时的状态图；
图3示出了图1所示供电装置在电子设备进入正常工作状态后的状态图；
图4示出了依据本发明另一实施例的供电装置组成结构示意图；
图5示出了依据本发明一实施例的供电装置组成结构示意图；
图6示出了针对图5所示供电装置的仿真实验中的短路电流波形图；
图7示出了针对图5所示供电装置的仿真实验的仿真结果波形图；
图8示出了依据本发明一实施例的方法流程示意图；及，
图9示出了依据本发明另一实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
为了能够根据电子设备的电流需求提供适合大小的供电电流，本发明提出了一种电子设备中的供电装置，此供电装置包括：带有N个串联的二次绕组部的电流互感器、储能电容器和绕组选择器；其中，N为整数，且N≥2。绕组选择器，响应于表示所述电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部中一个或多个串联的绕组部输出电流；及，储能电容器由所述输出电流充电，并为电子设备的主电路供电。由此，采用此供电装置对电子设备供电时，可以根据电子设备的工作状态来调整串联输出电流的二次绕组部的数量，进而能根据电子设备的实际工作状态来提供合适大小的电流，从而能提高供电效率又能显著减少电能浪费。
以下将以一个简单的实施例来说明本发明的上述设计思想。在该实施例中，供电装置中包括两个二次绕组部，比如：两个两接头的二次绕组部或者一个三接头的二次绕组，即N＝2。但是本领域技术人员可以理解，二次绕组部的数目可以根据需要加以选择，例如当电子设备具有多个不同的工作状态，且在不同工作状态下需要不同大小的电流时，可以选择相应数目的二次绕组部，例如3个，4个或更多。以下将仅就包括两个二次绕组部的供电装置具体实现原理加以详细说明。对于本领域技术人员显而易见的是，以下所描述的本发明的原理同样可应用在其他数目的二次绕组部的情况下。
在本发明一实施例中，供电装置至少包括：带有两个两接头的二次绕组的电流互感器、整流模块、储能电容器和绕组选择器。其中，绕组选择器位于电流互感器和储能电容器之间；在此实施例中，储能电容器的输出电压为电子保护装置的主电路供电，这里，电子保护装置的主电路可包括至少一个功能电路，比如：信号处理电路和执行器控制电路等，电子保护装置中的电压调节器(voltage regulator)可从储能电容器的输出电压中提取电压来为信号处理电路供电。当启动电子保护装置时，电子保护装置连通主电力线，绕组选择器使电流互感器的两个二次绕组之一输出电流，两个二次绕组之一输出的电流启动储能电容器并开始为储能电容器充电，此时，储能电容器的输出电压较高，能够满足电子保护装置的启动需要；当电子保护装置启动之后进入正常工作状态时，绕组选择器使电流互感器的两个二次绕组串联起来输出电流，这两个串联的二次绕组输出的电流可以继续为储能电容器充电，此时储能电容器的输出电压会降低。此外，当电子保护装置进入正常工作状态之后，还可能出现涌入过载的情况，此种情况下电子保护装置需要较高的电能来执行脱扣等保护功能，此时，绕组选择器可以再次使电流互感器的两个二次绕组之一输出电流，能够使储能电容器的输出电压提高，以满足执行脱扣功能的需求。
上述供电装置中，整流模块包括分别连接上述两个二次绕组的两个整流器(rectifier)，绕组选择器包括两个开关。其中，这两个开关位于上述两个整流器和储能电容器之间，每一整流器用于对其所连接的二次绕组的输出电流进行整流处理，这两个开关用于使上述两个绕组之一向储能电容器输出电流或者使上述两个绕组串联起来输出电流。
上述供电装置还可进一步包括位于上述绕组选择器和上述储能电容器之间的电流旁路模块，此电流旁路模块可在储能电容器的输出电压达到预定门限时连通旁路通道以使储能电容器被短路，使来自绕组选择器的电流不再输出给储能电容器，进而停止对储能电容器的充电；进一步的，此电流旁路模块还可在储能电容器的输出电压低于预定门限时断开旁路通道以使储能电容器不被短路，使来自绕组选择器的电流输出给储能电容器，进而对储能电容器进行充电并使储能电容器的输出电压提高。
图1示出了依据本发明一实施例的供电装置组成结构示意图。在此实施例中，供电装置包括：电流互感器101、整流模块106、绕组选择器102、电流旁路模块103和储能电容器104。其中，整流模块106位于电流互感器101和绕组选择器102之间，绕组选择器102位于整流模块106和电流旁路模块103之间，电流旁路模块103位于绕组选择器102和储能电容器104之间。在电流互感器101中，一次绕组的电流为I1，其匝数为N1，两个二次绕组串联在一起且其匝数分别为N21和N22，二次绕组输出的电流为I2，在本文中，这两个二次绕组可分别由其匝数N21和N22来表示。整流模块106包括：连接二次绕组N22的整流器1(Rec1)和连接二次绕组N21的整流器2(Rec2)。绕组选择器102至少包括：两个开关S3和S4；电流旁路模块103至少包括开关S1，由控制信号C1控制。主电路105至少包括电压调节器1051、信号处理电路1052和执行器控制电路1053。电压调节器1051从储能电容器104的输出电压中提取电压来为信号处理电路1052供电，储能电容器104还为执行器控制电路1053供电。这里，由于执行器控制电路1053并非一直处于工作状态，其还带有开关S2，用于根据控制信号C2来控制执行器控制电路1053的开启和关闭。
以下结合图2和3对图1所示供电装置的工作原理加以详细说明。
图2示出了图1所示供电装置在电子保护装置启动时的状态图。如图2所示，当启动电子保护装置时，因需要较大的电流，而需选择较小的二次绕组匝数。由此，根据控制信号C3，开关S3关闭，开关S4开启，进而使二次绕组N22和整流器1的电流输出路径断开，参见图2中粗线示出的线路。此时，由二次绕组N21经过整流器2输出电流I2给储能电容器104，此时输出的电流I2较大，使储能电容器104的输出电压较高，能够满足电子保护装置的启动需要。这里，需要说明的是，本文中，开关关闭就是指开关断开，开关开启就是指开关导通。
图3示出了图1所示供电装置在电子保护装置进入正常工作状态后的状态图。如图3所示，当电子保护装置进入正常工作状态之后，所需工作电流减小，这时根据控制信号C3，开关S3开启，开关S4关闭，进而使二次绕组N22和N21串联起来输出电流I2，它们输出的电流I2分别经过整流器1和整流器2处理之后输出给储能电容器104，此时输出的电流I2较小，使储能电容器104的输出电压较低，既能满足电子保护装置的工作需要又能避免电能的浪费。
此外，当电子保护装置进入正常工作状态之后，还可能出现涌入过载的情况，此种情况下电子保护装置中的执行器控制电路1053需要较高的电能来执行脱扣等保护功能，此时，图3所示的供电装置可恢复成图2所示的状态，使二次绕组N22和整流器1与整个电路断开，由二次绕组N21经过整流器2输出电流I2给储能电容器104，此时输出的电流I2变大，使储能电容器104的输出电压提高，以满足电子保护装置执行脱扣的需求。
由以上工作原理的描述可知，绕组选择器102中的开关S3和S4的开关状态始终是相反的，因此，在用控制信号C3来控制这两个开关的状态时，可以将一路控制信号C3分成两路分别连接开关S3和S4，并在其中一路连接一个倒相放大器，这样就使得所发出的一路控制信号C3可以同时给开关S3和S4提供相反的信号，以使开关S3和S4始终处于相反的开关状态。如图1所示，在控制信号C3连接开关S3的线路上连接了一个倒相放大器。当然，还可以使用两路独立的控制信号来给开关S3和S4提供两个相反的信号，此时就不必使用倒相放大器了。基于上述工作原理，绕组选择器102会有很多种实现方式，本文就不一一进行描述，但均落入本发明的保护范围。这里控制信号C3是响应于电子设备的工作状态而生成的。
图2和3中，电流旁路模块103中的开关S1在缺省状态下是关闭的，进而二次绕组输出的电流可以输出至储能电容器104，开关S1可根据控制信号C1而开启，进而形成旁路通道，使储能电容器104被短路，二次绕组输出的电流将经过此旁路通道而不经过储能电容器104；相应的，开关S1还可根据控制信号C1而关闭，进而断开旁路通道，使储能电容器104不被短路，二次绕组输出的电流将经过储能电容器104。这样，当储能电容器104的输出电压达到一预定门限时，可以利用控制信号C1来开启开关S1，进而停止对储能电容器104的充电以降低储能电容器104的输出电压；当储能电容器104的输出电压低于一预定门限时，可以利用控制信号C1来关闭开关S1，进而继续对储能电容器104的充电以提高储能电容器104的输出电压。这里，针对储能电容器104的输出电压的预定门限可根据电子保护装置的具体实现情况而定，本发明并不限定此预定门限的具体取值。
需要说明的是，当电子保护装置启动和进入正常工作状态时，电压调节器1051从储能电容器104的输出电压中提取电压来为信号处理电路1052供电，信号处理电路1052可以完成电流采样及检测等功能；当电子保护装置出现涌入过载的情况时，开关S2可根据控制信号C2而开启，进而使储能电容器104与信号处理电路1052和执行器控制电路1053并联，使储能电容器104的输出电压同时为执行器控制电路1053和信号处理电路1052供电，以执行脱扣功能，其中，信号处理电路1052执行脱扣控制功能，执行器控制电路1053对执行器的动作进行控制。这里，关于电子保护装置的主电路105中各个部分所实现的功能属现有技术范畴，这里不再详述，针对不同的电子保护装置，其主电路的构成也可能发生变化，但均可应用本发明实施例提供的供电装置来实现对其主电路的供电。
以下结合如下的公式(1)对本发明实施例所提出的供电装置的技术效果加以说明。
I1N1≈I2N2    (1)
其中，I1为一次绕组的输出电流，N1为一次绕组的匝数，I2为二次绕组的输出电流，N2为二次绕组的匝数。
本领域技术人员根据以上公式(1)可以知道，在一次绕组的输出电流I1不变的情况下，二次绕组的输出电流I2与一次绕组与二次绕组的匝数比N1/N2成正比。因此，在图2所示的供电装置中，二次绕组N21经过整流器1输出给储能电容器104的电流I2等于I1*N1/N21，在图3所示的供电装置中，二次绕组N21和N22经过整流器1和2输出给储能电容器104的电流I2等于I1*N1/(N21+N22)。显然，在例如启动电子保护装置或出现涌入过载的情况时，供电装置处于图2所示的状态，其一次绕组与二次绕组的匝数比较高，所以电流I2较大，储能电容器104的输出电压较高，能够以较短时间使电子保护装置完成启动或脱扣功能；同时，在电子保护装置进入正常工作状态之后，供电装置处于图3所示的状态，其一次绕组与二次绕组的匝数降低，使得电流I2减小，储能电容器104的输出电压降低，既能够满足电子保护装置的正常工作所需又能避免电能的浪费。
需要说明的是，在本发明实施例中，可根据电子保护装置中各个功能电路的电能需求来设定一次绕组与二次绕组的匝数以及二者匝数比的具体取值，如以上实施例中的N1、N21、N22、N1/N21和N1/(N21+N22)的取值，但本发明并不限定这些匝数和匝数比的具体取值。
在本发明另一本发明实施例中，供电装置至少包括：带有一个三接头二次绕组的电流互感器、整流模块、储能电容器和绕组选择器。其中，绕组选择器位于电流互感器和整流模块之间，整流模块位于绕组选择器和储能电容器之间，此绕组选择器连接此二次绕组的三个接头，这三个接头将此二次绕组分成两个部分。当启动电子保护装置时，绕组选择器使此二次绕组的两个部分之一输出电流，此二次绕组的两个部分之一输出的电流启动储能电容器并开始为储能电容器充电，此时，储能电容器的输出电压较高，能够满足电子保护装置的启动需要；当电子保护装置启动之后进入正常工作状态时，绕组选择器使此二次绕组的两个部分串联起来输出电流，这两个串联的部分输出的电流可以继续为储能电容器充电，此时储能电容器的输出电压会降低。此外，当电子保护装置进入正常工作状态之后，还可能出现涌入过载的情况，此种情况下电子保护装置需要较高的电能来执行脱扣等保护功能，此时，绕组选择器可以再次使二次绕组的两个部分之一输出电流，能够使储能电容器的输出电压提高，以满足执行脱扣功能的需求。
上述绕组选择器可以包括：两个开关，上述整流模块包括一个整流器，此整流器位于这两个开关和储能电容器之间，用于对二次绕组的输出电流进行整流处理，这两个开关用于使二次绕组的两个部分之一向储能电容器输出电流或者使二次绕组的两个部分串联起来输出电流。
上述供电装置还可进一步包括位于上述整流模块和上述储能电容器之间的电流旁路模块，此电流旁路模块的功能在前面已有详述，这里不再赘述。
图4示出了依据本发明另一实施例的供电装置组成结构示意图。在此实施例中，供电装置包括：电流互感器401、绕组选择器402、整流模块406、电流旁路模块103和储能电容器104。其中，绕组选择器402位于电流互感器401和整流模块406之间，电流旁路模块103位于整流模块406和储能电容器104之间；在电流互感器401中，一次绕组的电流为I1，其匝数为N1，二次绕组的两个部分的匝数分别为N21和N22，二次绕组输出的电流为I2，在本文中，二次绕组的这两个部分可分别由其匝数N21和N22来表示；绕组选择器402至少包括：两个开关S3和S4，整流模块406包括整流器3(Rec3)。在图4中，电流旁路模块103、储能电容器104和主电路105与图1至3中的相同，这里不再做赘述。
以下对图4所示供电装置的工作原理加以详细说明。
当启动电子保护装置时，根据控制信号C3，开关S3关闭，开关S4开启，进而使二次绕组的两个部分之一N22与整个电路断开，此时由二次绕组的另一部分N21经过整流器3输出电流I2给储能电容器104，此时输出的电流I2较大，使储能电容器104的输出电压较高，能够满足电子保护装置的启动需要。
当电子保护装置进入正常工作状态之后，根据控制信号C3，开关S3开启，开关S4关闭，进而使二次绕组的两个部分N22和N21串联起来输出电流I2，它们输出的电流I2经过整流器3处理之后输出给储能电容器104，此时输出的电流I2较小，使储能电容器104的输出电压较低，既能满足电子保护装置的工作需要又能避免电能的浪费。
此外，当电子保护装置进入正常工作状态之后，还可能出现涌入过载的情况，此种情况下电子保护装置中的执行器控制电路1053需要较高的电能来执行脱扣等保护功能，此时，供电装置恢复到启动电子保护装置时的状态(即：开关S3关闭，开关S4开启)，使二次绕组的两个部分之一N22与整个电流断开，由二次绕组的另一部分N21经过整流器3输出电流I2给储能电容器104，此时输出的电流I2变大，使储能电容器104的输出电压提高，以满足电子保护装置执行脱扣的需求。
由以上工作原理的描述可知，绕组选择器402中的开关S3和S4的开关状态始终是相反的，因此，在用控制信号C3来控制这两个开关的状态时，可以将一路控制信号C3分成两路分别连接开关S3和S4，并在其中一路连接一个倒相放大器，这样就使得所发出的一路控制信号C3可以同时给开关S3和S4提供相反的信号，以使开关S3和S4始终处于相反的开关状态。如图4所示，在控制信号C3连接开关S3的线路上连接了一个倒相放大器。基于上述工作原理，绕组选择器402会有很多种实现方式，本文就不一一进行描述，但均落入本发明的保护范围。
上述图4所示的供电装置所带来的技术效果与图1所示的供电装置相同，这里不再赘述。
图5示出了依据本发明一实施例的供电装置组成结构示意图，此供电装置的实现基于图1所示供电装置的结构，包括：电流互感器、整流模块、绕组选择器、电流旁路模块和储能电容器，在图5中未示出包括二次绕组N21和N22的电流互感器。其中，整流模块包括：连接二次绕组N22的整流器501(相当于图1中的整流器1)、连接二次绕组N21的整流器502(相当于图1中的整流器2)，绕组选择器包括：金氧半导体场效应晶体管(MOSFET)503(相当于图1中的开关S3)、MOSFET 504(相当于图1中的开关S4)；电流旁路模块包括MOSFET 505(相当于图1中的开关S1)；储能电容器包括电容506。电子保护装置中的电压调节器507可从储能电容器的输出电压中提取电压来为负载，例如电阻器(Rload)508供电，此Rload508相当于图1中的信号处理电路。此外，当MOSFET 510(相当于图1中的开关S2)开启时，储能电容器的输出电压还可为电路509供电，此电路509相当于图1中的执行器控制电路1053)。
图5所示装置的工作原理与图1中的类似，本领域技术人员根据以上对于图1所示装置的描述可以理解图5所示装置的工作原理，因此本文不再赘述。
为了验证本发明实施例所带来的技术效果，以下对利用图5所示装置进行的仿真实验加以说明。
在此仿真实验中，电流互感器所带的一次绕组的匝数N1＝1，电流互感器所带的两个二次绕组的匝数分别为：N21＝300，N22＝950；储能电容器的参数为：电容量为100μF，工作电压为10V；Rload508需要的工作电压为3.3V。图6示出了仿真实验中被测的短路电流波形图。图6中的短路电流即为一次绕组N1输出的主电流I1。图7示出了针对图5所示供电装置的仿真实验的仿真结果波形图。图7示出的测量的值包括：I21、I22、U1和U2，其中，I21为二次绕组N21的输出电流，I22为二次绕组N22的输出电流，U1为Rload508提供的电压，U2为储能电容器的输出电压。如图7所示，在启动之后，首先测量到I21，I21的电流值以较大幅度提升，而I22在开始一段时间内无电流值，这说明，在启动Rload508时二次绕组N21输出电流而二次绕组N22与电路断开；到0.06ms时，为Rload508提供的电压U1就达到了3.3V，此时I21升到一个较高的值，随后，I21的电流值开始下降，而I22开始出现电流值，经过很短的时间I21和I22电流值就相等了，随后二者保持相等并以较小的幅度升高，这说明，在Rload508进入正常工作状态时二次绕组N21和二次绕组N22串联起来开始输出电流；到0.18ms时，储能电容器的输出电压U2就达到了10V。以上图7示出的仿真结果说明，采用图5所示的供电装置用0.06ms的时间就可以启动Rload508，用0.18ms的时间就能完成对储能电容器的充电。在正常工作时，假定一次绕组的主电流I1＝200A，则二次绕组输出的电流I2＝I1*N1/(N21+N22)＝200*1/(300+950)＝0.16A，所消耗的功率为P＝I2*U2＝0.16*10＝1.6W。可见，采用本发明实施例提供的供电装置后，启动负载的时间和对储能电容器的充电时间都很短，并且在进入正常工作状态之后所消耗的功率也比较低，能避免电能的浪费。
上述本发明实施例提供的各种供电装置不仅能解决现有技术中出现的浪费电能、启动时间长等问题，还可以替代目前电力分配系统中电子保护装置所要用到的辅助电源，采用了本发明实施例所提供的供电装置之后，这类电子保护装置就不必再配备辅助电源了。比如：断路器所带的电子脱扣单元(ETU)在安装了本发明实施例所提供的供电装置之后，其信号处理电路可以被快速启动，进而信号处理电路可以及时检测短路电流，当检测到短路电流之后，ETU中的执行器控制电路可以被快速启动进而及时完成脱扣处理。再比如：具有区域选择性闭锁(ZSI，Zone Selective Interlocking)功能的ETU也可安装本发明实施例所提供的供电装置，此ETU除了完成传统ETU的检测短路电流和执行脱扣等功能，还要通过通信线路接收/发送来自上游/下游断路器的闭锁信号，因此，其需要更多的电能消耗、需要被更快的启动且需要更高的电能稳定性，而本发明实施例所提供的供电装置就能满足这些需求，且不必安装辅助电源。
基于上述供电装置本发明实施例还提出了一种供电装置实现供电的方法，如前面所述，此供电装置至少包括：电流互感器和储能电容器，此电流互感器带有N个串联的二次绕组部；其中，N为整数，且N≥2；所述方法包括：响应于表示电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部中一个或多个串联的绕组部输出电流；及，储能电容器由所述输出电流充电，并为电子设备的主电路供电。
在上述方法的一个实施例中，响应于表示电子设备处于启动状态的第一状态信号，使得第一数目的串联二次绕组部输出电流；响应于表示电子设备处于正常工作状态的第二状态信号，使得第二数目的串联二次绕组部输出电流；其中，第一数目小于第二数目。进一步的，在上述方法的一个实施例中，响应于表示电子设备出现涌入过载的第三状态信号，使得第三数目的串联二次绕组部输出电流；其中第三数目小于第二数目。
上述方法可应用于电子保护装置中，此电子保护装置的主电路包括信号处理电路和执行器控制电路，该方法包括：响应于上述第一状态信号，储能电容器由第一数目的串联二次绕组部输出的电流充电并启动信号处理电路；响应于上述第二状态信号，储能电容器由第二数目的串联二次绕组部输出的电流充电并为信号处理电路提供工作电压；响应于上述第三状态信号，储能电容器由第三数目的串联二次绕组部输出的电流充电，启动执行器控制电路并为信号处理电路提供工作电压。
以下结合附图对于上述方法的两个具体的实施例加以详细说明。
图8示出的方法流程图基于上述图1至3和5所示的供电装置，其中，供电装置至少包括：电流互感器和储能电容器，此电流互感器例如带有两个两接头的二次绕组。如图8所示，该方法包括如下步骤：
步骤801：当启动电子保护装置时，使电流互感器的两个二次绕组之一输出电流给储能电容器以对储能电容器进行充电，储能电容器输出电压给电子保护装置的主电路以启动主电路中的信号处理电路。
步骤802：当电子保护装置进入正常工作状态时，使电流互感器的两个二次绕组串联起来输出电流给储能电容器，储能电容器输出电压给电子保护装置的主电路以提供稳定的工作电压给主电路。
在本发明一实施例中，还可包括步骤803：当出现涌入过载的情况时，使电流互感器的两个二次绕组之一输出电流给储能电容器，储能电容器输出电压给电子保护装置的主电路以启动主电路中的执行器控制电路，进而使电子保护装置执行脱扣处理。
在本发明一实施例中，还可包括步骤804：在储能电容器的输出电压达到一预定门限时连通旁路通道以使储能电容器被短路，使二次绕组输出的电流不再输出给储能电容器，进而停止对储能电容器的充电；进一步的，在储能电容器的输出电压低于另一预定门限时断开旁路通道以使储能电容器不被短路，使二次绕组输出的电流输出给储能电容器，进而对储能电容器进行充电并使储能电容器的输出电压提高。
上述图8中的各个步骤的具体实现方法在前面的实施例中均有详述，这里不再赘述。
图9示出的方法流程图基于上述图4所示的供电装置，其中，供电装置至少包括：电流互感器和储能电容器，此电流互感器带有一个三接头的二次绕组，此二次绕组被三个接头分成了两个部分。如图9所示，该方法包括如下步骤：
步骤901：当启动电子保护装置时，使电流互感器的二次绕组的两个部分之一输出电流给储能电容器以对储能电容器进行充电，储能电容器输出电压给电子保护装置的主电路以启动主电路中的信号处理电路。
步骤902：当电子保护装置进入正常工作状态时，使电流互感器的二次绕组的两个部分串联起来输出电流给储能电容器，储能电容器输出电压给电子保护装置的主电路以提供稳定的工作电压给主电路。
在本发明一实施例中，步骤903：当出现涌入过载的情况时，使电流互感器的二次绕组的两个部分之一输出电流给储能电容器，储能电容器输出电压给电子保护装置的主电路以启动主电路中的执行器控制电路，进而使电子保护装置执行脱扣处理。
在本发明一实施例中，还可包括步骤904：在储能电容器的输出电压达到一预定门限时连通旁路通道以使储能电容器被短路，使二次绕组输出的电流不再输出给储能电容器，进而停止对储能电容器的充电；进一步的，在储能电容器的输出电压低于另一预定门限时断开旁路通道以使储能电容器不被短路，使二次绕组输出的电流输出给储能电容器，进而对储能电容器进行充电并使储能电容器的输出电压提高。
上述图9中的各个步骤的具体实现方法在前面的实施例中均有详述，这里不再赘述。
本发明实施例还提出了一种电子设备，该电子设备包括：主电路和本发明实施例提供的供电装置。此电子设备可以为电力分配系统中的各种电子保护装置。优选的，此电子保护装置可以为ETU或者RCD，其中的主电路可以包括：信号处理电路和执行器控制电路。
本发明还提供了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本文所述的为电子设备供电的方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
本发明实施例提出了一种电子设备中的供电装置，此供电装置包括：带有N个串联的二次绕组部的电流互感器、储能电容器和绕组选择器；其中，N为整数，且N≥2；其中：绕组选择器，响应于表示所述电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部中一个或多个串联的绕组部输出电流；及，储能电容器由所述输出电流充电，并为电子设备的主电路供电。本发明实施例还提供了一种相应的电子设备和方法。采用本发明实施例能够以较少的电能损耗实现供电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种电子设备中的供电装置，其特征在于，所述供电装置包括：带有N个串联的二次绕组部(N21、N22)的电流互感器(101)、储能电容器(104)和绕组选择器(102、402)；其中，N为整数，且N≥2；其中：
所述绕组选择器(102、402)，响应于表示所述电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部(N21、N22)中一个或复数个串联的绕组部输出电流；及，
所述储能电容器(104)由所述选择性使能的二次绕组部输出的电流充电，并为所述电子设备的主电路(105)供电。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其中，
响应于表示所述电子设备处于启动状态的第一状态信号，所述绕组选择器(102、402)使得第一数目的串联二次绕组部(N21)输出电流；
响应于表示所述电子设备处于正常工作状态的第二状态信号，所述绕组选择器(102、402)使得第二数目的串联二次绕组部(N21、N22)输出电流；
其中，所述第一数目小于所述第二数目。
3.根据权利要求2所述的供电装置，其中，
响应于表示所述电子设备出现涌入过载的第三状态信号，所述绕组选择器(102、402)使得第三数目的串联二次绕组部(N21、N22)输出电流；
其中所述第三数目小于所述第二数目。
4.根据权利要求3所述的供电装置，其中，所述第一数目等于所述第三数目；和/或，所述第二数目等于N。
5.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述N个二次绕组部(N21、N22)按从第一二次绕组部(N21)到第N二次绕组部(N22)的顺序串联连接；且
存在M个电流输出路径，其中所述M个电流输出路径中的第一电流输出路径耦合到所述第N个二次绕组部(N22)的电流输出端；所述M个电流输出路径中的M-1个第二电流输出路径分别耦合到N-1个相邻二次绕组部的结合点中的M-1个结合点，其中M为大于等于2且小于等于N的整数；
所述绕组选择器(102、402)响应于所述状态信号，选择性地使得所述M个电流输出路径中之一输出电流。
6.根据权利要求5所述的供电装置，其中，所述绕组选择器(102、402)包括M个开关，其中每一个开关设置在所述M个电流输出路径中的一个上，且在同一时刻，所述M个开关中只有一个开关导通。
7.根据权利要求1-6中任一所述的供电装置，进一步包括：整流模块(106、406)，用于对所述选择性使能的二次绕组部输出的电流进行整流。
8.根据权利要求7所述的供电装置，其中，
所述整流模块(106、406)位于所述电流互感器(101)和所述绕组选择器(102、402)之间，且包括与所述N个二次绕组部(N21、N22)一一对应的N个整流器，所述N个整流器用于对各自对应的二次绕组部输出的电流进行整流。
9.根据权利要求7所述的供电装置，其中，
所述整流模块(106、406)位于所述绕组选择器(102、402)和所述储能电容器(104)之间，且包括一个整流器，该整流器用于对由所述绕组选择器(102、402)使能的所述一个或复数个串联二次绕组部的输出的电流进行整流。
10.根据权利要求1所述的供电装置，进一步包括：电流旁路模块(103)，用于在所述储能电容器(104)的输出电压达到一预定门限时连通旁路通道以使所述储能电容器(104)被短路，使得所述储能电容器(104)停止由所述输出电流充电。
11.根据权利要求10所述的供电装置，其中，所述电流旁路模块(103)进一步在所述储能电容器(104)的输出电压低于另一预定门限时断开所述旁路通道以使所述储能电容器(104)不被短路，使得所述储能电容器(104)继续由所述输出电流充电。
12.根据权利要求1至6任一项所述的供电装置，其中，所述N个二次绕组部(N21、N22)为N个独立的二次绕组，或者包括具有复数个接头的单个或复数个二次绕组的N个二次绕组部分。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：根据权利要求1至11中任一项所述的供电装置。
14.一种由供电装置向电子设备供电的方法，其中所述供电装置包括：电流互感器(101)和储能电容器(104)，所述电流互感器带有N个串联的二次绕组部(N21，N22)；其中，N为整数，且N≥2；所述方法包括：
响应于表示电子设备工作状态的状态信号选择性地使得所述N个二次绕组部中一个或多个串联的绕组部输出电流；及，
所述储能电容器由所述选择性使能的二次绕组部输出的电流充电，并为所述电子设备的主电路(105)供电。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，
响应于表示所述电子设备处于启动状态的第一状态信号，使得第一数目的串联二次绕组部输出电流；
响应于表示所述电子设备处于正常工作状态的第二状态信号，使得第二数目的串联二次绕组部输出电流；
其中，所述第一数目小于所述第二数目。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
响应于表示所述电子设备出现涌入过载的第三状态信号，使得第三数目的串联二次绕组部输出电流；
其中所述第三数目小于所述第二数目。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电子设备为电子保护装置，所述主电路包括信号处理电路和执行器控制电路；
响应于所述第一状态信号，所述储能电容器由所述第一数目的串联二次绕组部输出的电流充电并启动所述信号处理电路(801)；
响应于所述第二状态信号，所述储能电容器由所述第二数目的串联二次绕组部输出的电流充电并为所述信号处理电路提供工作电压(802)；
响应于所述第三状态信号，所述储能电容器由所述第三数目的串联二次绕组部输出的电流充电，启动所述执行器控制电路并为所述信号处理电路提供工作电压(803)。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述第一数目等于所述第三数目；和/或，所述第二数目等于N。
19.一种机器可读的存储介质，其特征在于，存储用于使一机器执行根据权利要求14至18中任意一项所述的供电装置实现供电的方法的指令。
20.一种计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序运行于一机器中时使所述一机器执行根据权利要求14至18中任意一项所述的供电装置实现供电的方法。
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