CN107919802A - 一种无源微机继电保护装置的电源管理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无源微机继电保护装置的电源管理电路，包括DC/DC BUCK模块、第一DC/DC flyback模块、第二DC/DC flyback模块和DC/DC BOOST模块；DC/DC BUCK模块前端用于连接CT取电电源，DC/DC BUCK模块后端分别连接有第一DC/DC flyback模块和第二DC/DC flyback模块，第一DC/DC flyback模块连接有DC/DC BOOST模块，第一DC/DC flyback模块与第二DC/DC flyback模块并联。本发明能够在保证电力要求的可靠性和实时性前提下，采用CT互感器取电，设备更加简化，大大降低使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及无源微机保护技术领域，特别涉及一种无源微机继电保护装置的电源管理电路。
背景技术
现有的无源型微机保护装置是一种安装于空间受限的户外环网柜上的电力继电保护产品，该保护装置的电源取自CT互感器，这样就省去了外部PT互感器及其它直流辅助供电电源，同时也避免PT互感器供电时PT互感器谐振引起该保护装置供电电压过高而导致引起损坏保护装置，或发生近距离的短路事故使线路电压下降使，从而导致供电电压偏低引起保护装置失电。所以CT互感器取电方式的优势是既节省空间，又节省成本，同时增加了产品的可靠性。
但是目前电力厂家的CT互感器取电的保护装置普遍存在如下问题：1、受CT互感器的取电效率限制，一次线路电流低于10A时，CT互感器取电得到的能量不足以支撑整个保护装置最小所需的供电能量，所以在线路电流小于10A时，导致该保护装置失去电源而无法正常工作，无法实现线路的实时在线监控，不满足电力线路保护装置的可靠性要求；2，保护装置提供给开关设备的操作所需能量也是经CT互感器取电再将电压转换并做能源存储，此存储过程一般时间都在1秒以上，如果该保护装置所运行线路合闸前就处于短路状态，这时候就是合在故障点上，需要该保护装置快速检测故障并分闸以实现线路的短路保护功能，此时需要1S以上的响应时间，不满足电力线路保护实时性要求。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种无源微机继电保护装置的电源管理电路，旨在解决现有技术中的无源微机继电保护装置的电源管理电路转换效率底导致CT取电的系统电流小时保护装置无法启动和响应速度慢、导致上级出口保护跳闸的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种无源微机继电保护装置的电源管理电路，其包括：DC/DC BUCK模块、第一DC/DCflyback 模块、第二DC/DC flyback 模块和DC/DC BOOST模块；
所述DC/DC BUCK模块前端用于连接CT取电电源，所述DC/DC BUCK模块后端分别连接有第一DC/DC flyback 模块和第二DC/DC flyback 模块，所述DC/DC flyback 模块连接有一DC/DC BOOST模块，所述第一DC/DC flyback 模块与第二DC/DC flyback 模块并联；
所述DC/DC BUCK模块将CT取电电源通过非隔离变换产生5V主电源，所述5V主电源经过第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块分别变换产生24V操作电源、5V通讯电源，所述24V操作电源经过DC/DC BOOST模块升压产生后备电源。
优选地，所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其中，所述DC/DC BUCK模块包括：
第一MOS管开关、第一电感、第一电容、第一电阻和第一二极管；
所述DC/DC BUCK模块通过CT取电电源供电，所述CT取电电源的正极连接于第一MOS管开关，所述第一MOS管开关连接于第一电感，所述第一电感分别连接于第一电容、第一电阻，所述第一电容、第一电阻并联后连接于CT取电电源供电的负极；
所述第一二极管正极连接在CT取电电源与第一电容之间，所述第一二极管负极连接在第一MOS管开关与第一电感之间，所述第一二极管正极接地。
优选地，所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其中，所述第一DC/DCflyback 模块、第二DC/DC flyback 模块皆包括：
变压器、第二二极管、第二电容和第二MOS管开关；
所述变压器原边连接于第一电感，所述变压器副边连接有第二二极管和第二电容，所述变压器原边另一端与第二MOS管开关的正极连接；
所述第二MOS管开关的负极接地，所述第二电容接地。
优选地，所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其中，所述DC/DC BOOST模块：
第三MOS管开关、第二电感；
所述第三MOS管开关通过第二电感接地，所述第三MOS管开关连接于后备电源。
优选地，所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其中，所述第一DC/DCflyback 模块与DC/DC BOOST模块之间连接有一第三二极管，所述第三二极管正极与DC/DCBOOST模块连接，所述第三二极管负极与第一DC/DC flyback 模块连接。
优选地，所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其中，所述第一MOS管开关、第二MOS管开关和第三MOS管开关皆包括源极S、漏极 D和栅极G 。
相较于现有技术，本发明提供的无源微机继电保护装置的电源管理电路，包括DC/DC BUCK模块、第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块和DC/DC BOOST模块；所述DC/DC BUCK模块前端用于连接CT取电电源，所述DC/DC BUCK模块后端分别连接有第一DC/DC flyback 模块和第二DC/DC flyback 模块，所述DC/DC flyback 模块连接有一DC/DC BOOST模块，所述第一DC/DC flyback 模块与第二DC/DC flyback 模块并联；所述DC/DCBUCK模块将CT取电电源通过非隔离变换产生5V主电源，所述5V主电源经过第一DC/DCflyback 模块、第二DC/DC flyback 模块分别变换产生24V操作电源、5V通讯电源，所述24V操作电源经过DC/DC BOOST模块升压产生后备电源，在保证电力要求的可靠性和实时性前提下，采用CT互感器取电，简化了安装，从而使得电力成套设备更加简化，大大降低使用成本。
附图说明
图1为现有技术中的无源微机继电保护装置的电源管理电路的电路图。
图2为本发明提供的无源微机继电保护装置的电源管理电路的模块框图。
图3为本发明提供的无源微机继电保护装置的电源管理电路的电路图。
具体实施方式
本发明提供一种无源微机继电保护装置的电源管理电路，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
传统的无源微机保护装置的供电电源通常采用flyback拓扑结构的DC/DC隔离变换，如图1所示，采用这种方式转换效率低，要求启动功率高；同时，不满足实时性要求，响应慢，导致上级出口保护跳闸，使本应一次小的故障扩大成大面积的停电事故，造成不可估量的额外损失。
请参阅图2及图3，本发明提供的无源微机继电保护装置的电源管理电路，包括DC/DC BUCK模块、第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块和DC/DC BOOST模块；所述DC/DC BUCK模块前端用于连接CT取电电源，所述DC/DC BUCK模块后端分别连接有第一DC/DC flyback 模块和第二DC/DC flyback 模块，所述DC/DC flyback 模块连接有一DC/DC BOOST模块，所述第一DC/DC flyback 模块与第二DC/DC flyback 模块并联；所述DC/DCBUCK模块将CT取电电源通过非隔离变换产生5V主电源，所述5V主电源经过第一DC/DCflyback 模块、第二DC/DC flyback 模块分别变换产生24V操作电源、5V通讯电源，所述24V操作电源经过DC/DC BOOST模块升压产生后备电源。
具体实施时，CT取电电源采用BUCK拓扑结构的DC/DC非隔离变换产生5V主电源，5V主电源经两个单独的高效DC/DC模块变换产生5V通讯电源和24V操作电源，另外5V通讯电源和24V操作电源的DC/DC模块前级开关管开通、关断可控，启动时两路开关完全关断，此时DC/DC模块处于不通电状态，只有当5V主电源已正常且该保护装置的控制单元正常工作后根据设定开通DC/DC模块的前级开关管，电源模块投入使用；该保护装置增加一个后备电源，然后转操作电源的升压模块，保证操作电源的储能，升压模块空载损耗小于200uW， 故采用此电源管理电路后产生的效果有三个：其一，此种方式变压器损耗、电路损耗都有明显减少，整体转换效率大幅度提升，装置所需功耗降低，当一次线路电流很小时（＜5A）装置还能正常工作；其二，保护装置所要求的启动功率降低，解决在一次电流小的情况下开关电源工作在间隙状态导致无法正常启动的问题；其三，因24V操作电源的持续储能，使得该保护装置在上电时能快速响应。
请参阅图3，所述DC/DC BUCK模块包括：第一MOS管开关、第一电感、第一电容、第一电阻和第一二极管；所述DC/DC BUCK模块通过CT取电电源供电，所述CT取电电源的正极连接于第一MOS管开关，所述第一MOS管开关连接于第一电感，所述第一电感分别连接于第一电容、第一电阻，所述第一电容、第一电阻并联后连接于CT取电电源供电的负极；所述第一二极管正极连接在CT取电电源与第一电容之间，所述第一二极管负极连接在第一MOS管开关与第一电感之间，所述第一二极管正极接地。
请参阅图3，所述第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块皆包括：变压器、第二二极管、第二电容和第二MOS管开关；所述变压器原边连接于第一电感，所述变压器副边连接有第二二极管和第二电容，所述变压器原边另一端与第二MOS管开关的正极连接；所述第二MOS管开关的负极接地，所述第二电容接地。
请参阅图3，所述DC/DC BOOST模块：第三MOS管开关、第二电感；所述第三MOS管开关通过第二电感接地，所述第三MOS管开关连接于后备电源。
请参阅图3，所述第一DC/DC flyback 模块与DC/DC BOOST模块之间连接有一第三二极管，所述第三二极管正极与DC/DC BOOST模块连接，所述第三二极管负极与第一DC/DCflyback 模块连接。
本发明进一步较佳实施例中，所述第一MOS管开关、第二MOS管开关和第三MOS管开关皆包括源极S、漏极 D和栅极G 。
具体实施时，MOS管包括：N沟道MOS管 （NMOS）和P沟道MOS管（PMOS），比较常用的是NMOS。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了；PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况。
综上所述，本发明提供的无源微机继电保护装置的电源管理电路，包括DC/DCBUCK模块、第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块和DC/DC BOOST模块；所述DC/DC BUCK模块前端用于连接CT取电电源，所述DC/DC BUCK模块后端分别连接有第一DC/DC flyback 模块和第二DC/DC flyback 模块，所述DC/DC flyback 模块连接有一DC/DCBOOST模块，所述第一DC/DC flyback 模块与第二DC/DC flyback 模块并联；所述DC/DCBUCK模块将CT取电电源通过非隔离变换产生5V主电源，所述5V主电源经过第一DC/DCflyback 模块、第二DC/DC flyback 模块分别变换产生24V操作电源、5V通讯电源，所述24V操作电源经过DC/DC BOOST模块升压产生后备电源，在保证电力要求的可靠性和实时性前提下，采用CT互感器取电，简化了安装，从而使得电力成套设备更加简化，大大降低使用成本。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种无源微机继电保护装置的电源管理电路，其特征在于，所述无源微机继电保护装置的电源管理电路包括：
DC/DC BUCK模块、第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块和DC/DC BOOST模块；
所述DC/DC BUCK模块前端用于连接CT取电电源，所述DC/DC BUCK模块后端分别连接有第一DC/DC flyback 模块和第二DC/DC flyback 模块，所述DC/DC flyback 模块连接有一DC/DC BOOST模块，所述第一DC/DC flyback 模块与第二DC/DC flyback 模块并联；
所述DC/DC BUCK模块将CT取电电源通过非隔离变换产生5V主电源，所述5V主电源经过第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块分别变换产生24V操作电源、5V通讯电源，所述24V操作电源经过DC/DC BOOST模块升压产生后备电源。
2.根据权利要求1所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其特征在于，所述DC/DC BUCK模块包括：
第一MOS管开关、第一电感、第一电容、第一电阻和第一二极管；
所述DC/DC BUCK模块通过CT取电电源供电，所述CT取电电源的正极连接于第一MOS管开关，所述第一MOS管开关连接于第一电感，所述第一电感分别连接于第一电容、第一电阻，所述第一电容、第一电阻并联后连接于CT取电电源供电的负极；
所述第一二极管正极连接在CT取电电源与第一电容之间，所述第一二极管负极连接在第一MOS管开关与第一电感之间，所述第一二极管正极接地。
3.根据权利要求2所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其特征在于，所述第一DC/DC flyback 模块、第二DC/DC flyback 模块皆包括：
变压器、第二二极管、第二电容和第二MOS管开关；
所述变压器原边连接于第一电感，所述变压器副边连接有第二二极管和第二电容，所述变压器原边另一端与第二MOS管开关的正极连接；
所述第二MOS管开关的负极接地，所述第二电容接地。
4.根据权利要求3所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其特征在于，所述DC/DC BOOST模块：
第三MOS管开关、第二电感；
所述第三MOS管开关通过第二电感接地，所述第三MOS管开关连接于后备电源。
5.根据权利要求4所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其特征在于，所述第一DC/DC flyback 模块与DC/DC BOOST模块之间连接有一第三二极管，所述第三二极管正极与DC/DC BOOST模块连接，所述第三二极管负极与第一DC/DC flyback 模块连接。
6.根据权利要求5所述的无源微机继电保护装置的电源管理电路，其特征在于，所述第一MOS管开关、第二MOS管开关和第三MOS管开关皆包括源极S、漏极 D和栅极G 。
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