CN110601569A - 一种电流互感器的取电电路 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电流互感器的取电电路,属于电流互感器的电流采集技术领域,包括:整流电路,整流电路的交流侧用于连接电流互感器的输出端;能量转换电路,包括隔离变压器、开关电源芯片,其中隔离变压器的原边、开关电源芯片的输入端和输出端、整流电路的直流侧串联形成串联回路,隔离变压器的副边通过整流后连接取电电容;输出保护电路,该输出保护电路采样连接取电电容,当取电电容电压超限时,闭锁开关电源芯片的使能端;恒流源电路,该恒流源电路的输入端连接所述整流电路的直流侧,恒流源电路的输出端连接所述启动电容,用于为启动电容充电。本发明的取电电路使电流互感器输出端的取电更加稳定、可靠,且电路简单,使用方便,制造成本低廉。

Description

一种电流互感器的取电电路
技术领域
本申请涉及一种电流互感器的取电电路,属于电流互感器的电流采集技术领域。
背景技术
电流互感器取电是主要把电流互感器输出的电流源转换成稳定的电压源,为电力系统各种装置工作提供所需稳定的电源。在实现该电源转换技术中,通常出现的问题是:由于电流互感器的原边电流变化较大,导致电流互感器的副边输出的电流变化范围较宽,且输出的电流不稳定,因此,该类电源取电回路应输入端能承受较宽的输入范围。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电流互感器的取电电路,用于解决现有技术中电流互感器的取电电路输出电压不稳定的问题。
本申请的一种电流互感器的取电电路采用如下技术方案:
整流电路,整流电路的交流侧用于连接电流互感器的输出端;
能量转换电路,包括隔离变压器、开关电源芯片,其中隔离变压器的原边、开关电源芯片的输入端和输出端、整流电路的直流侧串联形成串联回路,隔离变压器的副边通过整流后连接取电电容;
输出保护电路,该输出保护电路采样连接取电电容,当取电电容电压超限时,闭锁所述开关电源芯片的使能端,所述开关电源的供电端连接有启动电容;
恒流源电路,该恒流源电路的输入端连接所述整流电路的直流侧,恒流源电路的输出端连接所述启动电容,用于为启动电容充电。
上述技术方案的有益效果是:
本发明的取电电路,通过整流电路将电流互感器输出端的交流电整流成直流电,通过能量转换电路中的开关电源芯片和隔离变压器,将变化范围很宽的电流源(即直流电)转换成电压源;由于输出保护电路采样连接取电电容,当电流互感器输出电流过大时,输出保护电路检测到取电电容电压超限,能够闭锁开关电源芯片的使能端,使开关电源芯片不工作,从而避免取电电容的电压过大,起到稳定输出电压源的作用。
并且,取电电路中的恒流源通过从整流电路的直流侧取电,为开关电源芯片的启动电容充电,保证开关电源芯片的可靠工作,避免在电流互感器输出电流较小的情况下造成开关电源芯片不工作。相对于现有技术而言,本发明的取电电路使电流互感器输出端的取电更加稳定、可靠,且电路简单,使用方便,制造成本低廉。
为了实现输出保护电路的保护功能,所述输出保护电路包括光耦,光耦的输入通过分压电路与所述取电电容并联,光耦的输出端连接所述开关电源芯片的使能端。由于光耦的原边通过分压电阻连接隔离变压器的输出端,当隔离变压器输出的电压过大时,光耦的原边电压过大,光耦的副边导通,使开关电源的使能端使能,进而关闭开关电源,因此光耦、分压电路相配合起到稳定输出电压源的作用。
优选的,所述分压电路包括稳压管和分压电阻。
为了给启动电容提供稳定的电源,所述恒流源电路包括:
一级放大开关管和二级放大开关管,其中,一级放大开关管的控制端和阴极之间串设有第一分压电阻,二级放大开关管的控制端和阳极之间串设有第二分压电阻,第一分压电阻和第二分压电阻串联,第二分压电阻用于连接所述整流电路的直流侧;
一级放大开关管的阳极通过第三电阻连接所述启动电容,且一级放大开关管的阳极与二级放大开关管的阴极并联。
为了防止浪涌电流,上述取电电路还包括:
防浪涌电路,该电路上串设有瞬态抑制二极管和压敏电阻,所述防浪涌电路用于并联在电流互感器的输出端,且所述防浪涌电路与整流电路的交流侧并联。
为了实现电流互感器输出过大电流时的能量泄放,上述取电电路还包括:
泄放电路,包括泄放开关管和放电元件,泄放开关管与所述整流电路的直流侧并联,泄放开关管的控制端和阴极之间串设有放电元件,所述放电元件通过稳压管串联有储能电容。
优选的,所述放电元件包括放电电阻和放电电容,且所述放电电阻和放电电容并联。
为了在开关电源芯片关断时提供高压续流通路,进一步,所述隔离变压器的副边并联有续流支路,所述续流支路上串设有续流元件。
优选的,所述续流元件包括续流二极管和续流电阻,所述续流二极管和续流电阻串联。
为了保证为启动电容提供稳定的电源,上述取电电路还包括储能电容,该储能电容与所述整流电路的直流侧并联,使恒流源电路通过储能电容取电,为启动电容充电。
附图说明
图1是本发明的一种电流互感器的取电电路图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请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用以解释本申请,并不用于限定本申请,即所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1所示的电流互感器的取电电路,包括防浪涌电路、整流电路、泄放电路、储能电容、能量转换电路、恒流源电路和取电电容。其中,防浪涌电路包括其上串设的瞬态抑制二极管TVS1和压敏电阻MR1,该防浪涌电路用于并联在电流互感器的输出端,且该防浪涌电路与整流电路ZL1的交流侧(即ZL1的输入端口1和输入端口3)并联。整流电路ZL1的一种实施方式如图1所示,为整流桥,作为其他实施方式,还可以采用其他拓扑结构的全波整流电路。
整流电路ZL1的交流侧用于连接电流互感器CT的输出端,且整流电路的直流侧(即ZL1的输出端口2和输出端口4)串设有防反二极管D1,起到反向的作用,防止储能电量倒流。储能电容C1通过防反二极管D1与整流电路ZL1的直流侧并联,该储能电容用于存储直流电流量,该以满足后级电路工作需要的直流电源需求。
泄放电路包括泄放开关管Q3(本实施例优选为MOSFET管)和放电元件,泄放开关管Q3与整流电路ZL1的直流侧并联,泄放开关管Q3的控制端和阴极之间串设有放电元件,放电元件包括放电电阻R11和放电电容C6,放电电阻R11和放电电容C6并联,且放电元件通过稳压管V1与储能电容C1串联。
上述泄放电路中,当用电负荷较大时,电流互感器CT输出较大的电流,达到稳压管V1和电阻R11所组成的导通阈值时,稳压管V1击穿,进一步控制开关管Q3导通,由导通的开关管Q3把多余的能量泄放掉,保护储能电容C1的电压不会无限制的升高,从而避免后级电路受到过压的损坏。该泄放电路中,通过设置稳压管V1、电阻R11及电容C6的参数值可以确定泄放电路的启动值和返回值。
能量转换电路包括隔离变压器T1、开关电源芯片U1,其中,隔离变压器T1的原边、开关电源芯片U1的输入端和输出端(即U1的端口4和端口5)、整流电路ZL1的直流侧串联形成串联回路,隔离变压器T1的副边并联有取电电容C4,通过取电电容C4将稳定的电压源Uo输出至后级的用电负载。
输出保护电路包括光耦U3、稳压管V2和分压电阻R5、R6(其中稳压管V2和分压电阻R6构成一路分压电路,分压电阻R5构成另一路分压电路),该光耦U3的输入端通过串设的稳压管V2和电阻R5、R6,与取电电容C4并联,光耦U3的输出端(即U3的端口3和端口4)连接开关电源芯片U1的使能端EN,开关电源芯片U1的供电端BP连接有启动电容C26。
上述能量转换电路中,储能电容C1两端的电压(电流)变化范围较宽时,开关电源芯片U1和隔离变压器T1作为电流源转换成电压源的主要部分,光耦U3、电阻R6和稳压管V2组成电源电压值反馈回路,用于调节输出稳定的带隔离的直流电压值。
图1中,恒流源电路的输入端连接整流电路ZL1的直流侧,恒流源电路的输出端连接启动电容C2,具体的,恒流源电路包括:
一级放大开关管Q1和二级放大开关管Q2,其中,一级放大开关管Q1的控制端和阴极之间串设有第一分压电阻R2,二级放大开关管Q2的控制端和阳极之间串设有第二分压电阻R3,第一分压电阻R2和第二分压电阻R3串联,且第二分压电阻R3用于连接整流电路ZL1的直流侧。另外,一级放大开关管Q1的阳极通过电阻R4、方向二极管D5连接启动电容C2,且一级放大开关管Q1的阳极与二级放大开关管Q2的阴极并联。
图1中的恒流源电路通过方向二极管D5向启动电容C2充电,为开关电源芯片U1提供稳定的启动电源,保证开关电源芯片U1可以在较宽范围内可靠工作。本实施例中的开关电源芯片U1为内置MOSFET管的开关电源芯片,开关电源芯片U1的输入端通过续流支路连接恒流源电路的输入端,续流支路上串设有续流元件,该续流元件包括续流二极管D3和续流电阻R1,续流二极管D3和续流电阻R1串联。该续流支路为开关电源芯片U1关断时提供高压续流通路,进一步保证开关电源芯片U1的稳定性。
上述取电电路的整体工作原理如下:
电流互感器CT输出电流,若出现浪涌电流,则防浪涌电路自动启动,保护后级电路,若不出现浪涌电流,电流互感器CT输出的交流电由整流电路ZL1转换成直流电,若直流电过大,则泄放电路启动;若直流没有越限,则给储能电容C1充电,该储能电容用于给开关电源芯片U1的启动电容C2充电,使开关电源芯片U1工作,开关电源芯片U1启动后,由隔离变压器T1进行电压转换,若转换的电压值过高,光耦U3导通,使开关电源芯片U1的使能端EN使能,从而控制开关电源芯片U1关断,由续流支路提供高压续流通路;若转换的电压值在正常范围,则通过取电电容C4输出电压给用电负载。
另一方面,当整流电路ZL1输出的直流电突然变小时,通过恒流源电路进行信号放大,持续为启动电容C2充电,保证开关电源芯片U1可以在较宽范围(至电流源的变化范围较宽)内可靠工作。
本发明的取电电路,使用宽范围的开关电源芯片和隔离变压器把电流互感器输出的二次电流(即电流源)转换成稳定的电压源(用作工作电源),能有效减少供电设备运行成本,如PT柜、UPS及直流屏等,而且能提高电力智能装置应用的范围。并且,通过光耦和分压电路,为开关电源芯片设置启动门槛,且具有迟滞比较功能,防止负载供电出现抖动情况。
另外,本发明的取电电路中施加了泄放电流、防浪涌电路和续流支路等作为安全防护措施。其中,泄放回路在电流互感器电流较大时工作,能有效防止电流互感器的二次侧产生高压和开路,避免损坏设备或造成人身伤亡,进一步保证现场和设备的安全。本发明的取电电路成本低、工作性能稳定、使用方便,能为用户提供稳定、经济、可靠的取电电路。
本实施例中的取电电路的用电部分的功耗基本是一定的,或在较小的范围内变化,因此本发明的取电电路在供电电流较小时能实现最大的转换效率,而在电流较大时又把多余的功率消耗掉,进而同时保证取电电路的效率性和稳定性。
以上所述,仅为本申请的较佳实施例,并不用以限制本申请,本申请的专利保护范围以权利要求书为准,凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本申请的保护范围内。例如,本实施例中的开关电源芯片为内置MOSFET管的开关电源芯片U1,作为其他实施方式,还可以采用其他拓扑结构的反激式(Flyback)开关电源代替。又如,该光耦U3的输入端串设有两路分压电路,其中一路分压电路包括串联的稳压管V2和电阻R6,作为其他实施方式,该分压电路还可仅包括电阻或稳压管;作为其他实施方式,还可以仅设置一路分压电路,例如仅包括稳压管V2和分压电阻R6,不设置另一个分压电路。
又如,本实施例中,为了实现输出保护电路在取电电容电压超限时,能够闭锁开关电源芯片的使能端,通过光耦和分压电路来实现,作为其他实施方式,还可以通过采样控制芯片来实现,采样控制芯片的数据采集接口连接样连接取电电容,采样控制芯片的控制接口控制连接开关电源芯片的使能端。

Claims (10)

1.一种电流互感器的取电电路,其特征在于,该取电电路包括:
整流电路,整流电路的交流侧用于连接电流互感器的输出端;
能量转换电路,包括隔离变压器、开关电源芯片,其中隔离变压器的原边、开关电源芯片的输入端和输出端、整流电路的直流侧串联形成串联回路,隔离变压器的副边通过整流后连接取电电容;
输出保护电路,该输出保护电路采样连接取电电容,当取电电容电压超限时,闭锁所述开关电源芯片的使能端,所述开关电源的供电端连接有启动电容;
恒流源电路,该恒流源电路的输入端连接所述整流电路的直流侧,恒流源电路的输出端连接所述启动电容,用于为启动电容充电。
2.根据权利要求1所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,所述输出保护电路包括光耦,光耦的输入通过分压电路与所述取电电容并联,光耦的输出端连接所述开关电源芯片的使能端。
3.根据权利要求2所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,所述分压电路包括稳压管和分压电阻。
4.根据权利要求1所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,所述恒流源电路包括:
一级放大开关管和二级放大开关管,其中,一级放大开关管的控制端和阴极之间串设有第一分压电阻,二级放大开关管的控制端和阳极之间串设有第二分压电阻,第一分压电阻和第二分压电阻串联,第二分压电阻用于连接所述整流电路的直流侧;
一级放大开关管的阳极通过第三电阻连接所述启动电容,且一级放大开关管的阳极与二级放大开关管的阴极并联。
5.根据权利要求1所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,还包括:
防浪涌电路,该电路上串设有瞬态抑制二极管和压敏电阻,所述防浪涌电路用于并联在电流互感器的输出端,且所述防浪涌电路与整流电路的交流侧并联。
6.根据权利要求1所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,还包括:
泄放电路,包括泄放开关管和放电元件,泄放开关管与所述整流电路的直流侧并联,泄放开关管的控制端和阴极之间串设有放电元件,所述放电元件通过稳压管串联有储能电容。
7.根据权利要求6所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,所述放电元件包括放电电阻和放电电容,且所述放电电阻和放电电容并联。
8.根据权利要求1所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,所述隔离变压器的副边并联有续流支路,所述续流支路上串设有续流元件。
9.根据权利要求8所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,所述续流元件包括续流二极管和续流电阻,所述续流二极管和续流电阻串联。
10.根据权利要求1所述的电流互感器的取电电路,其特征在于,还包括储能电容,该储能电容与所述整流电路的直流侧并联。
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