CN107240935A - 一种取电装置及具有该取电装置的传感器 - Google Patents
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- H02J5/005—
Abstract
本发明属于电力领域，尤其涉及一种取电装置及具有该取电装置的传感器,其中取电装置包括，整流桥D1、电容C1、硅双向开关元件K、脉冲变压器T以及整流滤波电路，取电装置利用硅双向开关元件本身特性，以电容C1快速升高的电压作为双向开关元件K的开启条件，使脉冲变压器T初级绕组形成脉动直流，本发明取电装置元件少体积小，不受电压等级和空间、安全距离的限制，实现微小体积下高效地获取电场能量功能。
Description
技术领域
本发明属于电力领域，尤其涉及一种取电装置及具有该取电装置的传感器。
背景技术
高压电力输变电系统中，为了保证系统的安全运行，需要对关健部位进行实时监测，传感器作为监测系统的终端装置，通常靠近或直接接触高电压物体，例如开关触头、母排、电缆接头等等，以便获得温度、电流等重要数据，传感器工作电能，最常见的来源有电池供电、温差发电、CT取电(电流互感)RF输电等等，但都存在种种的限制和不足。在高压电场中收集获取电能作为一种更可靠简单的取电途径，一直为业界关注重视。
现有的技术方案中，取能效率都较为低下，要想能获得实用的能量值，通常以提高适用高电压等级和增加金属极板面积为主要手段，由于被测量带电导体的电压等级和空间、安全距离的限制，实际难以有效推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种取电装置，旨在解决现有的取电装置取电效率低下的问题。
本发明提供了一种取电装置，包括：高压微电流整流电路、高压储能电路、开关元件、变压器以及整流滤波电路；
高压微电流整流电路的输入端与高压交流电连接，输出端与高压储能电路连接，用于把交流电转化成直流电，再给高压储能电路充电；
高压储能电路通过开关元件与变压器初级绕组连接，变压器次级绕组与整流滤波电路连接；当开关元件闭合时，高压储能电路的直流电通过变压器给整流滤波电路充电；
整流滤波电路与负载连接，用于给负载供电。
进一步地，高压微电流整流电路包括整流桥D1，整流桥D1包括第一输入端、第二输入端、正电压输出端、负电压输出端；
整流桥D1的第一输入端与高压交流电连接，整流桥D1的第二输入端与金属极板连接。
进一步地，高压储能电路包括电容C1,电容C1的一端与整流桥D1的正电压输出端连接，另一端与整流桥D1的负电压输出端连接,开关元件的一端与电容C1的一端连接，开关元件的另一端与变压器初级绕组的一端连接，变压器初级绕组的另一端与电容C1的另一端连接。
进一步地，整流滤波电路包括整流管D2和电容C2,整流管D2的正极与变压器次级绕组的一端连接，整流管D2的负极与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与变压器次级绕组的另一端连接。
进一步地，金属极板为PCB板上的铜泊。
进一步地，电容C1采用高压储能电容，所述电容C2采用低压储能电容。
进一步地，开关元件为硅双向开关元件。
进一步地，变压器为降压变压器。
进一步地，变压器采用非晶、超微晶磁性材料绕制的高频脉冲变压器。
本发明还提供了一种无线传感器，无线传感器包括上述的取电装置。
本发明取电装置有益效果:取电装置利用硅双向开关元件本身特性，以电容C1快速升高的电压作为双向开关元件开启条件，使脉冲变压器T初级绕组形成脉动直流，本发明取电装置元件少体积小，不受电压等级和空间、安全距离的限制，实现微小体积下高效地获取电场能量功能。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的取电装置结构示意图。
图2是本发明另一实施例提供的取电装置的电路图。
图3是本发明另一实施例提供的取电装置的硅双向开关元件V-I特性曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明一实施例提供的取电装置结构示意图。参考图1，本发明一实施例提供了一种取电装置，包括：高压微电流整流电路100、高压储能电路200、开关元件300、变压器400以及整流滤波电路500；
高压微电流整流电路100的输入端与高压交流电连接，输出端与高压储能电路200连接，用于把交流电转化成直流电，再给高压储能电路200充电；
高压储能电路200通过开关元件300与变压器400初级绕组连接，变压器400次级绕组与整流滤波电路500连接；当开关元件300闭合时，高压储能电路200的直流电通过变压器400给整流滤波电路500充电；
整流滤波电路500与负载连接，用于给负载供电。
优选地，变压器400为降压变压器。
利用开关元件300的通断，配合变压器400降压的特性，将高压端的微小电流变换成低压端的较大电流向整流滤波电路500充电，实现高效的能量积累，元件少体积小，适用电压等级更宽。
图2是本发明另一实施例提供的取电装置的电路图，参考图2，高压微电流整流电路100包括整流桥D1，整流桥D1包括第一输入端1、第二输入端2、正电压输出端3、负电压输出端4；
整流桥D1的第一输入端1与高压交流电连接，整流桥D1的第二输入端2与金属极板连接。
优选地，金属极板为PCB板上的铜泊。
由于PCB板上的铜泊与大地间存在寄生电容，高压交流电与大地之间实际上构成了回路，整流桥有微弱的电流。
高压储能电路200包括电容C1,电容C1的一端与整流桥D1的正电压输出端3连接，另一端与整流桥D1的负电压输出端4连接,开关元件K的一端与电容C1的一端连接，开关元件K的另一端与变压器T初级绕组的一端连接，变压器T初级绕组的另一端与电容C1的另一端连接。
优选地，开关元件K为硅双向开关元件。
优选地，电容C1采用高压储能电容。
整流滤波电路500包括整流管D2和电容C2,整流管D2的正极与变压器T次级绕组的一端连接，整流管D2的负极与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与变压器T次级绕组的另一端连接。
优选地，电容C2采用低压储能电容。
优选地，变压器为降压变压器。
本发明另一实施例提供的取电装置的电路工作原理：经整流桥D1整流后的微弱直流电对电容C1充电，高压储能电容C1上的电压不断上升，当电压达到硅双向开关元件K的导通阀值VBO时，硅双向开关元件K迅速导通，电流在变压器T初级绕组迅速释放，变压器T次级绕组感应出的电流通过整流管D5整流向低压储能电容C2充电，而硅双向开关元件K二端仅残留的电压VT也一直减少，对应着电流IT也一直减少，当IT减少到硅双向开关K的维持电流IH时，硅双向开关元件K自动断开，高压储能电容C1又开始积累电荷，积累到电压达到硅双向开关元件K的导通阀值VBO时，硅双向开关元件K迅速导通，再一次给低压储能电容C2充电。
图3是本发明另一实施例提供的取电装置的硅双向开关元件V-I特性曲线图，参考图3，硅双向开关元件在断开状态时，电流随电压的变化参考直线(开关断开状态)，随着电压的上升，电流也上升，上升到电压为硅双向开关元件导通阀值VBO时，硅双向开关元件迅速导通，电流随电压的变化参考另一直线(开关开启状态)，高压储能电容C1的电压随电荷的释放迅速下降，当放电电流低于开关元件K的维持电流IH时，开关元件K自动关断，高压储能电容C1又开始增加电荷，电压上升，如此循环，高压储能电容C1不断充电放电，使低压储能电容C2上的电压快速积累提升。
优选地，变压器采用非晶、超微晶磁性材料绕制的高频脉冲变压器。非晶、超微晶磁性材料能得到较小的涡流损耗和极好的磁特性，即使是在高频范围内也有效地实现快速响应。
本发明还提供了一种无线传感器，无线传感器包括上述的取电装置。上述的取电装置与其他电路组成具有完整功能的无线传感器，取电装置为无线传感器工作提供电能，现场使用无线传感器时，只需将无线传感器与被测高压带电导体接触，无需其它有线连接。
本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少有以下技术效果：
1)高压储能电容C1不断充电放电，使低压储能电容C2上的电压快速积累提升，实现高效的能量积累，元件少体积小，适用电压等级更宽。
2)硅双向开关元件K利用硅开关元件的通断特性，配合非晶、超微晶磁性材料绕制的高频脉冲变压器T，将高压端的微小电流变换成低压端的较大电流向储能电容充电，实现高效的能量积累。
3)取电装置与其他电路组成具有完整功能的无线传感器，取电装置为无线传感器工作提供电能，现场使用无线传感器时，只需将无线传感器与被测高压带电导体接触，无需其它有线连接。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种取电装置，其特征在于，包括：高压微电流整流电路、高压储能电路、开关元件、变压器以及整流滤波电路；
所述高压微电流整流电路的输入端与高压交流电连接，输出端与所述高压储能电路连接，用于把交流电转化成直流电，再给所述高压储能电路充电；
所述高压储能电路通过开关元件与所述变压器初级绕组连接，所述变压器次级绕组与所述整流滤波电路连接；当开关元件闭合时，所述高压储能电路的直流电通过变压器给所述整流滤波电路充电；
所述整流滤波电路与负载连接，用于给负载供电。
2.根据权利要求1所述的取电装置，其特征在于，所述高压微电流整流电路包括整流桥D1，所述整流桥D1包括第一输入端、第二输入端、正电压输出端、负电压输出端；
所述整流桥D1的第一输入端与高压交流电连接，所述整流桥D1的第二输入端与金属极板连接。
3.根据权利要求2所述的取电装置，其特征在于，所述高压储能电路包括电容C1,所述电容C1的一端与整流桥D1的正电压输出端连接，另一端与整流桥D1的负电压输出端连接,所述开关元件的一端与所述电容C1的一端连接，所述开关元件的另一端与所述变压器初级绕组的一端连接，所述变压器初级绕组的另一端与所述电容C1的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的取电装置，其特征在于，所述整流滤波电路包括整流管D2和电容C2,所述整流管D2的正极与所述变压器次级绕组的一端连接，所述整流管D2的负极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述变压器次级绕组的另一端连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的取电装置，其特征在于，所述金属极板为PCB板上的铜泊。
6.根据权利要求1-4任一项所述的取电装置，其特征在于，所述电容C1采用高压储能电容，所述电容C2采用低压储能电容。
7.根据权利要求1-4任一项所述的取电装置，其特征在于，所述开关元件为硅双向开关元件。
8.根据权利要求1-4任一项所述的取电装置，其特征在于，所述变压器为降压变压器。
9.根据权利要求8所述的取电装置，其特征在于，所述变压器采用非晶、超微晶磁性材料绕制的高频脉冲变压器。
10.一种无线传感器，其特征在于，所述无线传感器包括权利要求1-9任一项所述的取电装置。
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