CN110138077A - 一种故障指示器的后备电池零中断切换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电路电子技术领域，更具体地，涉及一种故障指示器的后备电池零中断切换电路。该电路在故障指示器后备电池供电中对场效应管进行反向连接，利用其体二极管与取电电源并联的技术，真正实现了取电供电、后备电池供电的零中断切换，规避了电源切换真空期导致的装置失电及由此造成的装置复位、通讯失败、指示状态异常等一系列问题。
Description
技术领域
本发明属于电路电子技术领域，更具体地，涉及一种故障指示器的后备电池零中断切换电路。
背景技术
为了提高配电网的供电可靠性，减少配电线路故障造成的长时间停电，人们开发出了用于监测配电网运行状态、上报故障信息的配电线路监测装置，而在所有的配电线路监测装置中，故障指示器以其低成本、长寿命、无需停电安装等突出优点得到了广泛的应用，当配电线路发生故障时，故障指示器会对故障线路进行分段指示，通过无线通讯将故障信息上送到主站后台，从而指导巡检人员快速定位故障区段，排除线路故障。
故障指示器为了实现长时间的使用寿命，往往会利用互感器从配电线路上获取电能给装置供电，从而节省后备电池的电量消耗。当线路上有正常负荷时，取电互感器能够从线路上获取足够的电能，此时的后备电池处于断开状态，只有当线路上无电或极低负荷时，才将供电电源切换成后备电池供电，使用后备电池的电能，这种方式可以充分地节省后备电池的电量，满足装置长期运行的工作要求。
上述的功能实现中包含电源切换过程，电源切换如果采用传统的比较器实现方式，往往需要较长时间，中间会出现供电真空期，从实际运行经验来看，当线路负荷低，取电不足的情况下执行翻牌或无线通讯等耗电操作时，会有部分故障指示器出现装置复位、通讯失败、指示状态异常等现象，这些往往就是由电源切换中的供电真空期过长、装置失电导致的。
发明内容
针对当前故障指示器主备电源切换时间长，容易出现装置失电的问题，本发明提出了一种新型的后备电池零中断切换电路，该电路在后备电池供电中对场效应管进行反向连接，利用其体二极管与取电电源并联的技术，真正实现了取电供电、后备电池供电的零中断切换，规避了电源切换真空期导致的装置失电及由此造成的装置复位、通讯失败、指示状态异常等一系列问题。
本发明采用如下技术方案：
一种故障指示器的后备电池零中断切换电路，它包括CT取电电源、取电稳压电路、整流电路、基准电压、电源比较器、场效应管和后备电池，所述CT取电电源与取电稳压电路的输入端连接，取电稳压电路的输出端经整流电路整流后作为电源端为装置供电，电源比较器的第一输入端接取电稳压电路的输出端，电源比较器的第二输入端接基准电压，电源比较器的输出端接场效应管的栅极，场效应管的漏极接后备电池，源极接电源端。
本技术方案进一步的优化，所述场效应管为P沟道增强型场效应管。
本技术方案更进一步的优化，所述P沟道增强型场效应管的源极和漏极进行反向连接。
本技术方案进一步的优化，所述取电稳压电路包括电性连接的稳压芯片和稳压二极管。
本技术方案进一步的优化，所述整流电路包括二极管。
本技术方案进一步的优化，所述后备电池为高密度锂亚电池。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、CT取电供电与后备电池供电切换的中断时间为零，保证了装置供电的稳定性，避免了供电电源切换导致的装置失电问题；
2、不需要外接二极管也不会出现电源反灌，节约了物料成本和板面空间；
3、场效应管供电回路无压降，提高了供电效率，增加了后备电池的使用寿命；
4、只需要反接场效应管就能实现上述功能，方案简洁明了，实施难度很低。
附图说明
图1是故障指示器的后备电池零中断切换电路的结构图；
图2是故障指示器的后备电池零中断切换电路的原理图。
附图说明：
1为CT取电电源，2为取电稳压电路，3为整流电路，4为基准电压，5为电源比较器，6为后备电池，7为P沟道增强型场效应管，8为装置电源。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参阅图1所示，为故障指示器的后备电池零中断切换电路的结构图。它包括CT取电电源、取电稳压电路、整流电路、基准电压、电源比较器、场效应管和后备电池，所述CT取电电源与取电稳压电路的输入端连接，取电稳压电路的输出端经整流电路整流后作为电源端为装置供电，电源比较器的第一输入端接取电稳压电路的输出端，电源比较器的第二输入端接基准电压，电源比较器的输出端接场效应管的栅极，场效应管的漏极接后备电池，源极接电源端。
CT取电电源1配有CT互感器，挂装在高压配电线路上，能够将线路上的一次电流转换成电能，给后级电路提供电源。然而CT取电电源输出的电压随一次负荷变化而变化，电压幅值不稳，不能直接给电路供电，需要经过取电稳压电路2稳压后再给后级电路供电。取电稳压电路2输出的电压，一路为装置提供电源，另一路输入到电源比较器5，由于是双电源供电，为了防止后备电池6对取电电源进行反灌，还需要使用整流电路3对取电回路进行防反灌设计。电源比较器5输入一路来自于取电稳压电路2的输出，另一路接一个基准电压4，来判断取电稳压电路2输出的电压是否足够为装置供电。电源比较器5的输出接到一个P沟道增强型场效应管7，该场效应管7的源极S和漏极D与传统的连接方向相反。当取电电源输出电压满足供电条件时，电源比较器5输出控制信号，关断场效应管7，停止后备电池6的放电，使用取电电源供电；当取电电源输出电压不满足供电条件时，电源比较器5输出控制信号，打开场效应管7，启动后备电池6放电，此时后备电池6为装置进行供电。
参阅图2所示，为故障指示器的后备电池零中断切换电路的原理图，它包括电流互感器T1、稳压二极管D1、稳压芯片U1、二极管D2、场效应管Q1、电池BT1、比较器U2、电阻R1和电阻R2。CT取电电源1包括电流互感器T1，取电稳压电路2包括稳压二极管D1和稳压芯片U1，二极管D2构成整流电路3。电流互感器T1的输入端接高压配电线路上，电路互感器T1的第一输出端接稳压芯片U1的第三引脚，第二输出端接地。稳压二极管D1的正极接电路互感器T1的第二输出端，负极接其第一输出端。稳压芯片U1的第一引脚接地，第二引脚接二极管D2的正极，二极管D2的负极输出电压作为电源端VCC，为负载Rload供电，负载Rload一端接二极管D2的负极，另一端接地。电源端VCC为装置电源8，用于为负载供电。后备电池6包括电池BT1，电源比较器5包括比较器U2、第一电阻R1和第二电阻R2。场效应管Q1的源极接二极管D2的负极，漏极接电池BT1，栅极接比较器U2的输出端，比较器U2的第五引脚接电源端VCC，第二引脚接地，第四引脚接基准电压VREF，第三引脚经电阻R1接稳压芯片U1的第二引脚，比较器U2的第三引脚经电阻R2接地。该实施例的基准电压4为外部提供的基准电压VREF，电源端VCC的电压为3.6V，后备电池的输出电压为3.6V。
使用该技术方案的突出优点在于当电源比较器5输出关断信号时，由于场效应管7源极S和漏极D与常规的连接方向相反，虽然场效应管7已经关断，但是场效应管7内部的体二极管依然提供了后备电池6的放电通路。在取电电源输出电压足够的时候，这条放电通路会由于体二极管较大的压降自动切断。而当装置突然出现大功率冲击，取电电源输出电压不足，电源比较器的控制回路也还来不及响应的时候这条放电通路会瞬间激活，持续为装置提供电能，保证装置在突发的大功率冲击下，供电电源不会出现任何中断。
使用该技术方案的另一个优点是传统场效应管作为电源控制开关的接法中必须外接二极管才能避免电源反灌，但这样不仅增加成本和板面面积，还会因为二极管的压降降低供电效率，缩短后备电池的使用寿命。使用该技术方案以后，场效应管内部的二极管就起到了防电源反灌的作用，不需要再外接二极管，并且场效应管在导通以后的压降几乎为零，后备电池在场效应管上没有任何的损耗，因此提高了供电效率，并延长了后备电池和装置的使用寿命。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种故障指示器的后备电池零中断切换电路，其特征在于：它包括CT取电电源、取电稳压电路、整流电路、基准电压、电源比较器、场效应管和后备电池，所述CT取电电源与取电稳压电路的输入端连接，取电稳压电路的输出端经整流电路整流后作为电源端为装置供电，电源比较器的第一输入端接取电稳压电路的输出端，电源比较器的第二输入端接基准电压，电源比较器的输出端接场效应管的栅极，场效应管的漏极接后备电池，源极接电源端。
2.如权利要求1所述的故障指示器的后备电池零中断切换电路，其特征在于：所述场效应管为P沟道增强型场效应管。
3.如权利要求2所述的故障指示器的后备电池零中断切换电路，其特征在于：所述P沟道增强型场效应管的源极和漏极进行反向连接。
4.如权利要求1所述的故障指示器的后备电池零中断切换电路，其特征在于：所述取电稳压电路包括电性连接的稳压芯片和稳压二极管。
5.如权利要求1所述的故障指示器的后备电池零中断切换电路，其特征在于：所述整流电路包括二极管。
6.如权利要求1所述的故障指示器的后备电池零中断切换电路，其特征在于：所述后备电池为高密度锂亚电池。
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