CN109638981A - 天线式感应取电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线式感应取电装置，包括设置在高压输电线路周围的天线及火花塞，天线收集高压输电线路周围的磁场能量得到感应电压，火花塞处理天线收集的感应电压得到脉冲电流，脉冲电流依次经过电压转换电路、能量管理系统、负载电路转化为低压直流电，为电力监测设备供电。本发明利用高压输电线路周围的磁场，利用天线感应得到电压进行取电，从而解决输电线路监测装置的充电问题。
Description
技术领域
本发明涉及监测设备电源供电领域，更具体地说，涉及一种天线式感应取电装置。
背景技术
近年来，电力监测的发展是大趋势。电力系统智能化程度越来越高，需要监测的参量也越来越多。因此，越来越多的传感器及相应的监测设备安装在电力系统中。这些监测设备在监测电力系统状态同时，面临电源供电问题。如对高压输电线路绝缘子进行监测的装置，当所携带的电池电量使用完毕后，充电十分麻烦，需要工作人员到输电线路上将安装在高处的监测装置取下，带到有低压市电的充电电源处进行充电。由此可见，这类装置的电源供电问题成为其发展的瓶颈。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提出一种天线式感应取电装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
设计一种天线式感应取电装置，包括设置在高压输电线路周围的天线及火花塞，所述天线收集高压输电线路周围的磁场能量得到感应电压，所述火花塞处理天线收集的感应电压得到脉冲电流，脉冲电流依次经过电压转换电路、能量管理系统转化为低压直流电，为负载电路供电。
在上述方案中，所述电压转换电路由变压器、双极瞬态抑制二极管、桥式整流电路、电容器构成，其中，所述变压器的一次侧接在火花塞的输出端，所述变压器的二次侧与双极瞬态抑制二极管、桥式整流电路、电容器并联连接。
在上述方案中，所述能量管理系统由电压比较器、储能电路、欠压锁定电路、后备电池电路、Buck-Boost Control电路、场效应管控制电路、电感电容谐振电路构成，其中，所述电压比较器的输入端与电压转换电路的输出端和储能电路的输出端连接；所述欠压锁定电路具有两个输入端和一个输出端，其中，一个输入端连接在所述电压比较器的输出端，另一个输入端连接参考电压，一个输出端与所述Buck-Boost Control电路的输入端连接；所述Buck-Boost Control电路的输出端与电感电容谐振电路的输入端之间连接场效应管控制电路；所述电压比较器的输出端与电感电容谐振电路的输入端之间连接后备电池电路；所述电感电容谐振电路输出稳定电能至储能电路和负载电路中。
在上述方案中，所述场效应管控制电路由第一场效应管和第二场效应管构成，所述Buck-Boost Control电路的输出端连接第一场效应管和第二场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极接地，所述第一场效应管的漏极连接第二场效应管的漏极，所述第二场效应管的源极连接电感电容谐振电路的输入端。
在上述方案中，所述后备电池电路由直流电源、第三场效应管、第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管、电容器构成，所述直流电源、第一瞬态抑制二极管和第三场效应管、电容器三者并联，所述第一瞬态抑制二极管和第三场效应管与电容器并联连接处连接有第二瞬态抑制二极管，所述第三场效应管的栅极与电压比较器的输出端连接、源极接地、漏极与第一瞬态抑制二极管连接，所述第二瞬态抑制二极管与电容器连接处与电感电容谐振电路的输入端连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用高压输电线路周围的磁场，利用天线感应得到电压进行取电，从而解决输电线路监测装置的充电问题；与太阳能取电相比，本发明不受日照条件影响，供电稳定；与激光供能相比，本发明不受电子电流互感器和有源型光学电流互感器的条件限制，适合野外使用；与TLPS(电流互感器取电)取电方法相比，该装置体积较小，不需要很大的实物硬件体积；与传统架设在输电线上的取电方式相比，该装置不与高压输电线路直接接触，如果遇到输电线路绝缘子损伤情况，不易产生危险；本发明利用直导天线取电，取电方便，使用的器件无辐射无排放，装置清洁环保。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是天线式感应取电装置的取电示意图；
图2是天线式感应取电装置的取电流程图；
图3是电压转换电路的示意图；
图4是能量管理系统的示意图；
图5是天线式感应取电装置的电路示意图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种天线式感应取电装置，包括设置在高压输电线路周围的天线及火花塞，如图2和图5所示，天线收集高压输电线路周围的磁场能量得到感应电压，火花塞处理天线收集的感应电压得到脉冲电流，脉冲电流依次经过电压转换电路、能量管理系统转化为低压直流电，为负载电路供电。
如图3所示，电压转换电路由变压器、双极瞬态抑制二极管、桥式整流电路、电容器构成。其中，变压器的一次侧接在火花塞的输出端，二次侧与双极瞬态抑制二极管、桥式整流电路、电容器并联连接，电容器起到初步储能作用。变压器按照天线感应取电装置所在的磁场环境(即能量收集装置收集到的感应电压)来选择合适的变比和容量。其中，双极瞬态抑制二极管在输入的交流电正向或反向的电压较大时，能够以10-12秒量级的速度将两极的高阻抗变为低阻抗，可以吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极电压箝位于一个预定值，保护电路。其中，桥式整流电路由四个电压等级较高的二极管构成的全桥整流电路，根据二极管正向导通阻抗无穷小、反向阻抗无穷大的特性，在输入交变电流时，整流电路输出端的同侧会输出相同极性的电流。在全桥整流电路的输出端并联旁路电容，实现稳定电压转换电路输出的目的。
如图4所示，能量管理系统由电压比较器、欠压锁定电路(UVLO)、Buck-BoostControl电路、场效应管控制电路、储能电路、后备电池电路构成，其中，场效应管控制电路由第一场效应管和第二场效应管构成，后备电池电路由直流电源、第三场效应管、第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管、电容器构成。电压比较器的输入端与电压转换电路的输出端和储能电路的输出端连接。欠压锁定电路具有两个输入端和一个输出端，其中，一个输入端连接在电压比较器的输出端，另一个输入端连接参考电压，一个输出端与Buck-Boost Control电路的输入端连接。Buck-Boost Control电路的输出端连接第一场效应管和第二场效应管的栅极，第一场效应管的源极接地，第一场效应管的漏极连接第二场效应管的漏极，第二场效应管的源极连接电感电容谐振电路的输入端。电压比较器的输出端还与第三场效应管的栅极连接，第三场效应管的源极接地、漏极与第一瞬态抑制二极管连接，直流电源、第一瞬态抑制二极管和第三场效应管、电容器三者并联，第一瞬态抑制二极管和第三场效应管与电容器并联连接处连接有第二瞬态抑制二极管，第二瞬态抑制二极管与电容器连接处与电感电容谐振电路的输入端连接。电感电容谐振电路输出稳定电能至储能电路和负载电路中。
能量管理系统的工作原理如下：直接由天线收集到的电能和储能电路的电能都可以为负载电路供电。电压比较器比较二者的电压值，选择一个合适的电压进行输出，为后续的电能管理环节提供方便。在电压比较器的输出电压大于欠压锁定电路连接的参考电压时，欠压锁定电路开启，否则欠压锁定电路关断。在电压比较器的输出电压较大的情况下，该电压控制后备电池电路的第三场效应管导通，后备电池电路接地，欠压锁定电路开启，由主电路给后端电路供电；在电压比较器的输出电压较小的情况下，欠压锁定电路关断，后备电池电路工作，向后端电路供电。后备电池电路除了控制第三场效应管外，还有瞬态抑制二极管和电容器来保护电路，防止电压电流过大损坏电路。Buck-Boost Control电路将输入的电压进行升压降压变换，来匹配负载电路的输入电压。场效应管控制电路的第一场效应管源极接地，在Buck-Boost Control电路的输出电压过大时导通接地，保护电路；第二场效应管和第一场效应管由Buck-Boost Control电路的输出电压控制其栅极电压，栅极电压控制漏极电流，同时第一个场效应管的漏极电流影响第二个场效应管的漏极电流，最终输出稳定电压至电感电容谐振电路。电感电容谐振电路的电感和电容输出稳定的电压电流，将稳定的电能输送到储能电路和负载电路中。储能电路选用超级电容。
附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.天线式感应取电装置，其特征在于，包括设置在高压输电线路周围的天线及火花塞，所述天线收集高压输电线路周围的磁场能量得到感应电压，所述火花塞处理天线收集的感应电压得到脉冲电流，脉冲电流依次经过电压转换电路、能量管理系统转化为低压直流电，为负载电路供电。
2.根据权利要求1所述的天线式感应取电装置，其特征在于，所述电压转换电路由变压器、双极瞬态抑制二极管、桥式整流电路、电容器构成，其中，所述变压器的一次侧接在火花塞的输出端，所述变压器的二次侧与双极瞬态抑制二极管、桥式整流电路、电容器并联连接。
3.根据权利要求1所述的天线式感应取电装置，其特征在于，所述能量管理系统由电压比较器、储能电路、欠压锁定电路、后备电池电路、Buck-BoostControl电路、场效应管控制电路、电感电容谐振电路构成，其中，所述电压比较器的输入端与电压转换电路的输出端和储能电路的输出端连接；所述欠压锁定电路具有两个输入端和一个输出端，其中，一个输入端连接在所述电压比较器的输出端，另一个输入端连接参考电压，一个输出端与所述Buck-BoostControl电路的输入端连接；所述Buck-Boost Control电路的输出端与电感电容谐振电路的输入端之间连接场效应管控制电路；所述电压比较器的输出端与电感电容谐振电路的输入端之间连接后备电池电路；所述电感电容谐振电路输出稳定电能至储能电路和负载电路中。
4.根据权利要求3所述的天线式感应取电装置，其特征在于，所述场效应管控制电路由第一场效应管和第二场效应管构成，所述Buck-Boost Control电路的输出端连接第一场效应管和第二场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极接地，所述第一场效应管的漏极连接第二场效应管的漏极，所述第二场效应管的源极连接电感电容谐振电路的输入端。
5.根据权利要求3所述的天线式感应取电装置，其特征在于，所述后备电池电路由直流电源、第三场效应管、第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管、电容器构成，所述直流电源、第一瞬态抑制二极管和第三场效应管、电容器三者并联，所述第一瞬态抑制二极管和第三场效应管与电容器并联连接处连接有第二瞬态抑制二极管，所述第三场效应管的栅极与电压比较器的输出端连接、源极接地、漏极与第一瞬态抑制二极管连接，所述第二瞬态抑制二极管与电容器连接处与电感电容谐振电路的输入端连接。
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