CN111614276A - 一种应用于电网产品的高效率ct取电电路 - Google Patents

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张胜强
王清金
朱建航
丰明刚
侯荣立
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling

Abstract

本发明属于公开了一种应用于电网产品的高效率CT取电电路，该电路利用检测输出电压变化，控制开关控制电路的输出跃变从而控制整流开关电路的状态切换，实现对储能电容的充放电，保证输出电压在滞回电压内保持相对稳定。很好的解决了传统CT取电电路在整流桥后级进行短路控制造成的器件温升高，电路效率低等问题或采用PWM方式控制给终端和电表等电网产品所带来的EMC性能差的问题。

Description

一种应用于电网产品的高效率CT取电电路
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种应用于电网产品的高效率CT取电电路。
背景技术
CT取电电路主要应用于电力线路上，可以解决因设备无法获得其它方式供电的问题。理想的方式是通过电流互感器感应取电直接给蓄电池充电，或为终端采集器和电表等电网产品提供工作电源，为无线远传通讯设备提供通讯电源，并可对后级备电电池和储能电容充电。由于体积小、安装方便，电流互感器感应电源已成为电力系统中非常重要的一种取电方式。
目前的CT取电技术，通常设计为一个变压器的形式，也造就了CT的特性。电流的变化范围大且二次侧输出不能开路，因此这个变压器的设计难度就大，成本也高。并且如果用于多相时每一相都要求有一个这样的变压器，成本更高。且输出电压波动范围大，在CT电流较小时几乎没有输出，在CT电流较大时为了限制输出电压过高通常采用磁饱和技术带来的发热严重问题。或者用到PWM控制技术，但PWM技术较为复杂，且由于PWM开关频率较高，对设备的EMC性能影响较大，开关器件发热严重。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述不足之处，本发明旨在提供一种应用于电网产品的高效率CT取电电路。
本发明的技术方案为：为了达到上述之目的，本发明采用如下具体技术方案：一种应用于电网产品的高效率CT取电电路，包括CT输入电路、整流开关电路、开关控制电路、储能电容、输出电路。
开关控制电路是由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、运算放大器N1和稳压二极管VZ1组成的滞回比较器，第一电阻R1与第二电阻R2相串联并接在储能电容E1两端，运算放大器N1的同相端与第二电阻R2的上端连接，运算放大器N1的反相端与稳压管VZ1连接，第三电阻R3连接在运算放大器N1的输出端和同相输入端之间。整流开关电路由第一二极管VD1、第二二极管VD2、第一MOS管VT3和第二MOS管VT4组成，其中第一二极管VD1和第二二极管VD2作为上管，第一MOS管VT3和第二MOS管VT4作为下管。运算放大器N1的输出与第一MOS管VT3和第二MOS管VT4的栅极电性连接，第一MOS管VT3和第二MOS管VT4的源极与GND连接，第一MOS管VT3的漏极与CT的一个引脚和第一二极管VD1的阳极电性连接，第二MOS管VT4的漏极与CT的另一个引脚和第二二极管VD2的阳极电性连接，第一二极管VD1和第二二极管VD2的阴极与储能电容E1的正极连接。
开关控制电路由滞回比较器或具有相同功能的独立IC器件来实现。整流开关电路利用开关器件控制状态切换，而非传统的不控整流，结构采用单相桥式整流电路。开关控制电路通过检测输出电压的变化的改变整流开关电路的工作状态。
CT输入电路的输出端连接有整流开关电路，与整流开关电路相连接的是储能电容以及控制储能电容充放电的开关控制电路，整流开关电路的下管采用内部集成体二极管的开关器件。储能电容的第一输出端连接有输出电路，输出电路直接从储能电容输出或者通过电源变换后输出，第二输出端连接有开关控制电路，该开关控制电路的输出端连接在整流开关电路上，控制整流开关电路的工作状态，使其在整流状态和短路状态之间切换，控制储能电容的充放电，保证后级电压的基本稳定。
利用CT二次侧可以短路的特性通过开关控制电路的输出控制整流开关电路，使其在整流状态和短路状态之间切换，当输出电压低于门限电压VOL时，开关控制电路输出低电平，使整流开关电路工作在整流状态，通过前级电路为负载提供能量并为储能电容充电，使其电压抬升。当输出电压高于门限电压VOH时，开关控制电路输出高电平，使整流开关电路工作在短路状态，通过储能电容为负载提供能量，从而使其电压回落。通过这种反馈机制保证输出电压在VOL～VOH之间保持基本稳定。
本发明的有益效果为：使用电子元器件较少，可靠性高。降低电路短路损耗，降低器件温升，工作稳定，发热小，大大降低了产品成本，提高了性能，广泛用于电力数据采集设备上，效率也得到进一步提升。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
本发明将结合附图，对本发明实例的技术方案进行详细、完整的描述。通过以下实施例进一步说明：
本发明提供了如图1所示的高效率CT取电电路的结构框图，包括CT输入电路、整流开关电路、开关控制电路、储能电容和输出电路。CT输入电路的输出与整流开关电路相连，整流开关电路的输出与储能电容连接。开关控制电路的输入取自储能电容，输出与整流开关电路和储能电容连接。输出电路可直接从储能电容输出也可经过电源变换电路与储能电容连接。
如图2所示，所述整流开关电路由二极管VD1、VD2和开关管VT3、VT4组成，其中二极管VD1和VD2作为上管，开关管VT3和VT4作为下管。所述开关控制电路是由运算放大器N1、稳压管VZ1和由电阻R1、R2、R3组成的滞回比较器。其中稳压管VZ1与运算放大器N1的反相端连接为比较器提供一个基准电压，运算放大器N1的同相端连接在分压电阻R1和R2之间，反馈电阻R3连接在运算放大器N1的同相输入端和输出端之间，其门限电压VOL和VOH由电阻R1、R2、R3决定。运算放大器N1的输出与MOS管VT3和VT4的栅极电性连接，MOS管VT3和VT4的源极与GND连接，MOS管VT3的漏极与CT的一个引脚和二极管VD1的阳极电性连接，MOS管VT4的漏极与CT的另一个引脚和二极管VD2的阳极电性连接，二极管VD1和VD2的阴极与储能电容E1的正极连接。
工作原理：本发明利用了电流互感器二次侧可以短路的特性通过开关控制电路的输出跃变来改变整流开关电路的工作状态，具体是当VT3和VT4关断的时候整流开关电路工作在整流状态，当VT3和VT4导通时整流开关电路工作在短路状态，开关控制电路检测输出电压的变化，控制两种状态的切换。当输出电压低于门限电压VOL时，运算放大器的同相输入端电位小于基准电压Vref,开关控制电路输出低电平，VT3和VT4关断，整流开关电路处于整流状态，通过前级CT输入电路为负载提供能量并为储能电容充电，使得输出电压抬升。当输出电压高于门限电压VOH时，运算放大器的同相输入端电位大于基准电压Vref,开关控制电路输出高电平，VT3和VT4导通，整流开关电路处于短路状态，将前级CT输入电路短路，通过储能电容为负载提供能量并使得输出电压回落。通过这种反馈控制使得输出电压在VOL～VOH之间保持相对稳定。
当然本发明中的开关控制电路可以采用类似作用的电压检测IC代替，原理完全一样。最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于电网产品的高效率CT取电电路，其特征在于：包括CT输入电路、整流开关电路、开关控制电路、储能电容、输出电路。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电网产品的高效率CT取电电路，其特征在于：所述开关控制电路是由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、运算放大器N1和稳压二极管VZ1组成的滞回比较器，第一电阻R1与第二电阻R2相串联并接在储能电容E1两端，运算放大器N1的同相端与第二电阻R2的上端连接，运算放大器N1的反相端与稳压管VZ1连接，第三电阻R3连接在运算放大器N1的输出端和同相输入端之间；所述整流开关电路由第一二极管VD1、第二二极管VD2、第一MOS管VT3和第二MOS管VT4组成，其中第一二极管VD1和第二二极管VD2作为上管，第一MOS管VT3和第二MOS管VT4作为下管；所述运算放大器N1的输出与第一MOS管VT3和第二MOS管VT4的栅极电性连接，所述第一MOS管VT3和第二MOS管VT4的源极与GND连接，所述第一MOS管VT3的漏极与CT的一个引脚和第一二极管VD1的阳极电性连接，所述第二MOS管VT4的漏极与CT的另一个引脚和第二二极管VD2的阳极电性连接，所述第一二极管VD1和第二二极管VD2的阴极与储能电容E1的正极连接。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电网产品的高效率CT取电电路，其特征在于：开关控制电路由滞回比较器或具有相同功能的独立IC器件来实现。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电网产品的高效率CT取电电路，其特征在于：所述整流开关电路利用开关器件控制状态切换，而非传统的不控整流，结构采用单相桥式整流电路。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电网产品的高效率CT取电电路，其特征在于：开关控制电路通过检测输出电压的变化的改变整流开关电路的工作状态。
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