CN113193664B - 自适应感应取电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自适应感应取电装置，包括：取电电路、控制电路和感应电路，取电电路的数量为两个以上，控制电路的数量与取电电路的数量一致；各取电电路均连接输电线路和负载，并分别连接一个控制电路，感应电路连接输电线路和各控制电路；控制电路用于根据感应电路的输出电压与预设阈值控制对应取电电路的通断，使导通的取电电路的总取电功率满足负载的额定功率。既能保证在电流较小的情况下增加取电能力保证负载的正常工作，也能在电流较大的情况下减少取电电路的个数，避免电压过高损坏用电设备。

Description

自适应感应取电装置

技术领域

本申请涉及电力设备供电领域，特别是涉及一种自适应感应取电装置。

背景技术

随着智能电网的普及，无线监测传感器(后统称智能网关)在高压输电线路中应用越来越广泛。由于现场条件的限制，如所处地理环境与气候等的影响，智能网关一般采用直接从被监测对象获取能量的方式进行供电。其中，基于电流互感器(Current Transformer，CT)的高压取电方法具有便捷、稳定等显著优点，得到广泛应用。

但传统的通过电流互感器的取电方式存在一定的局限性。针对一天内电流变化范围较大的高压输电线路系统，在高压电缆电流很小的情况下，电流互感器所获得的电能较小，不足以驱动智能网关正常工作，通过增大取电磁芯体积或线圈匝数等方法也会导致单个互感器过重。同时，在高压电缆电流较大的情况下，电流互感器的感生电压过高不利于后续整流稳压电路的处理，甚至会使传感器或智能网关等用电设备两端电压过高而损坏。

发明内容

基于此，有必要针对以上问题，提供一种自适应感应取电装置，能根据输电线路电流大小控制取电电路的通断，自动调节取电能力。

一种自适应感应取电装置，包括：取电电路、控制电路和感应电路，所述取电电路的数量为两个以上，所述控制电路的数量与所述取电电路的数量一致；各所述取电电路均连接输电线路和负载，并分别连接一个所述控制电路，所述感应电路连接所述输电线路和各所述控制电路；

所述控制电路用于根据所述感应电路的输出电压与预设阈值控制对应取电电路的通断，使导通的取电电路的总取电功率满足负载的额定功率；其中，至少两个所述控制电路的预设阈值互不相同。

在其中一个实施例中，所述控制电路均包括导通组件、驱动开关和控制开关；所述导通组件的一端连接所述感应电路和所述控制开关的控制部的一端，所述导通组件的另一端连接所述驱动开关的驱动端；所述驱动开关的第一端连接所述控制开关的控制部的另一端，所述驱动开关的第二端连接所述感应电路；所述控制开关的触点的一端对应连接一个所述取电电路，另一端连接所述负载。

在其中一个实施例中，所述导通组件包括电阻与导通管，所述导通管的正极连接所述驱动开关的驱动端，所述导通管的负极连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端连接所述感应电路和所述控制开关的控制部。

在其中一个实施例中，所述控制电路的预设阈值为所述导通管的耐压值，所述导通管在所述感应电路的输出电压高于所述耐压值时导通，以使对应的取电电路断开。

在其中一个实施例中，所述取电电路均包括互感元件和整流电路，所述互感元件连接所述输电线路与所述整流电路的输入侧，所述整流电路的输出侧一端对应连接一个所述控制电路，另一端连接所述负载。

在其中一个实施例中，所述取电电路还包括谐振元件，所述谐振元件连接所述互感元件和所述整流电路。

在其中一个实施例中，所述取电电路还包括保护元件，所述保护元件连接所述互感元件和所述整流电路。

在其中一个实施例中，所述取电电路还包括稳压元件，所述稳压元件并接所述整流电路的输出侧。

在其中一个实施例中，所述感应电路包括感应元件、转换电路和稳压电容，所述感应元件连接所述转换电路的输入侧与所述输电线路，所述转换电路的输出侧连接各所述控制电路，所述稳压电容并接于所述转换电路的输出侧。

在其中一个实施例中，上述自适应感应取电装置还包括输出稳压电路，各所述取电电路均通过所述输出稳压电路连接至所述负载。

本发明涉及一种自适应感应取电装置，采用取电电路连接输电线路感应取电，各控制电路根据感应电路的输出电压与预设阈值，控制对应取电电路的通断，使导通的取电电路的总取电功率满足负载的额定功率。既能保证在电流较小的情况下增加取电能力保证负载的正常工作，也能在电流较大的情况下减少取电电路的个数，避免电压过高损坏用电设备。

附图说明

图1为一实施例中自适应感应取电装置的系统框图；

图2为一实施例中控制电路的结构原理图；

图3为一实施例中取电电路的结构原理图；

图4为一实施例中自适应感应取电装置的结构原理图。

附图说明：100、取电电路；110、互感元件；120、整流电路；130、谐振元件；140、保护元件；150、稳压元件；200、控制电路；210、导通组件；220、驱动开关；230、控制开关；300、感应电路；400、输出稳压电路。

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，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种自适应感应取电装置，包括：取电电路100、控制电路200和感应电路300。取电电路100的数量为两个以上，控制电路200的数量与取电电路100的数量一致。各取电电路100均连接输电线路和负载，并分别连接一个控制电路200，感应电路300连接输电线路和各控制电路200。控制电路200用于根据感应电路300的输出电压与预设阈值控制对应取电电路100的通断，使导通的取电电路100的总取电功率满足负载的额定功率。其中，至少两个控制电路的预设阈值互不相同。

具体的，取电电路100为基于电磁感应原理进行取电的电路，能从输电线路内的交流电流中感应产生交流电流，再整流成直流电流输送给负载供电。取电电路100的数量并不唯一，可为两个以上，根据实际负载的额定功率进行设计。所有取电电路100的器件规格与选型都一致，可根据电力供电领域的常规器件型号进行设置，本申请的实施例均不对此做限定。各取电电路100均连接输电线路和负载，用于感应生成电信号给负载进行供电。

感应电路300也为基于电磁感应原理进行取电的电路。感应电路300连接输电线路和各所述控制电路200，用于从输电线路内的交流电流中感应产生交流电流，再整流成直流电流为各控制电路200提供是否导通取电电路100的判断条件。在输电线路内交流电流变化的同时，感应电路300的输出电压也随之发生变化。同样的，本实施例也不对感应电路300的器件规格做限定，可根据电力供电领域的常规器件型号进行设置。

进一步的，各控制电路200均连接感应电路300，获取感应电路300的输出电压。控制电路200的数量与取电电路100的数量一致，每个取电电路100对应连接一个控制电路200。所有控制电路200均包括一个预设阈值来与感应电路300的输出电压进行判断取电电路是否达到导通的条件。在感应电路300的输出电压未达到某一控制电路200的预设阈值时，该控制电路200对应连接的取电电路100将生成的电信号输送给负载供电。而在感应电路300的输出电压变大，高于该控制电路200的阈值时，该控制电路200控制连接的取电电路100停止将生成的电信号输送给负载供电。

其中，至少有两个控制电路200的预设阈值不相同。在不同的感应电路300的输出电压下，通过设计不同的控制电路200的预设阈值让各取电电路100处于不同的通断状态，达到控制取电电路100的导通数量的目的。该预设阈值的实际值并不唯一，需根据实际负载的额定功率与输电线路内的交流电流的变化范围进行设计。

下面针对输电线路内的交流电流的变化与取电电路200的取电功率关系，以及控制电路200的预设阈值的设计方法进行原理说明。

当输电线路内通过正弦交流电流时，取电电路200磁场感应到的输出侧电势为：

有效值为：

其中，φ_m为互感元件的铁芯磁通量、N₂为互感元件的次级线圈的匝数，f为输电线工作频率。铁芯磁通量φ_m为：

φ_m＝BS (3)

其中，B、S分别为磁感应强度、磁芯横截面积。

由安培环路定理可知：

B＝μ₀μ_rH (5)

其中，N₁为初级线圈匝数，μ₀、μ_r、H、l_m分别为真空磁导率，磁芯相对磁导率、磁场强度与平均磁路长度。平均磁路长度指的是磁芯中磁路中心线的长度。I_m为磁化电流的有效值。联立式(2)-(5)解得电流互感器电势：

由于磁化电流I_m与初级线圈电流I₁和次级线圈电流I₂存在如下关系：

则磁芯在一定初级线圈电流下的输出功率为：

当有

时，取电电路100最大输出功率为：

为防止取电电路100中因电流过大而造成磁饱和，保证互感元件工作在“线性状态”，往往需要在其磁芯中添加气隙。根据最常用的引入气隙后的磁芯简化模型，引入气隙后磁芯(包括气隙)的有效相对磁导率为：

其中l_g为磁芯气隙长度。结合公式(9)、(10)可以得到引入气隙的磁芯在一定初级线圈电流下的最大输出功率为：

假设输电线路的交流电流i₁从变化范围为a～b，其中a小于b。当i₁处于最小电流值a时，单路取电电路100获取的取电功率最小，此时需要采用的取电电路100的数量n最大。由式(11)可得到输电线路内电流值对应的单路取电电路100的最大输出功率P_max，在各取电电路100的器件规格一致，取得的功率均相同时，取电电路100的数量n为：

其中，P_e为负载的额定功率，n采用向上取整的方式得到。

进一步地，根据需要导通的取电电路100的数量n与感应电路300的输出电压对各控制电路200的预设阈值进行设计的方法如下。运用仿真软件对相同参数下n路取电电路200、n路控制电路200与感应电路300进行仿真模型设计，对仿真模型中的感应电路300按照相应的输电线路变化范围提供输入电流，获取感应电路300的输出电压。当需要n路导通的取电电路100时，对应设计n路控制电路200的预设阈值大于此时的感应电路300的输出电压。

基于此，假设在初始状态下，i₁处于最小电流值a，n路导通的取电电路100的总取电功率正好满足负载的额定功率。此时，当输电线路内的交流电流i₁变大，n路导通的取电电路100的总取电功率将大于额定功率。同时，感应电路300的输出电压也会逐渐增大，当达到一控制电路200的预设阈值时，对应的取电电路100断开，导通的取电电路100的数量对应减少一路，即负载两端实际供电的取电电路100减少一路，则负载的实际供电功率不会随着输电线路中电流的增大而增大。而当输电线路内的交流电流i₁又变小时，感应电路300的输出电压也会逐渐减小，当又低于该控制电路200的预设阈值时，对应的取电电路100重新导通，对应的取电电路100恢复给负载进行供电，则负载的实际供电功率将不会随着输电线路中电流的减小而又变小。基于此，达到调整取电电路100的导通数量以满足负载的额定功率的目的。

上述自适应感应取电装置，根据感应电路300的输出电压与各控制电路200的预设阈值，控制取电电路100的导通数量，使导通的取电电路100的总取电功率满足负载的额定功率。既能保证在电流较小的情况下增加取电能力保证负载的正常工作，也能在电流较大的情况下减少取电电路的个数，避免电压过高损坏用电设备。

控制电路200的具体结构并不唯一，在一个实施例中，如图2所示，控制电路200包括导通组件210、驱动开关220和控制开关230。导通组件210的一端连接感应电路300和控制开关230的控制部的一端，导通组件210的另一端连接驱动开关220的驱动端。驱动开关220的第一端连接控制开关230的控制部的另一端，驱动开关220的第二端连接感应电路300。控制开关230的触点的一端对应连接一个取电电路100，另一端连接负载。

其中，驱动开关220包括驱动端、第一端与第二端，根据其驱动端的电平状态来判断第一端与第二端之间是否导通。驱动端为高电平时，第一端与第二端之间导通，驱动端为低电平时，第一端与第二端之间处于断开状态。其中，驱动开关220可以是三极管，也可以是场效应管等开关器件。在本实施例中，采用金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)作为驱动开关220。MOSFET管包括栅极、源极和漏极三个端子，其中栅极作为驱动开关220的驱动端，漏级作为驱动开关220的驱动端的第一端，源极作为驱动开关220的驱动端的第二端。

控制开关230包括控制部及触点，根据其控制部是否得电判断触点的开闭状态。其中，触点可包括常开触点与常闭触点，当控制部得电时，常开触点闭合，常闭触点断开；当控制部失电时，常开触点断开，常闭触点闭合。其中，控制开关230可为继电器，也可为接触器等自动开关元件。在本实施例中，采用继电器作为控制开关230，继电器的线圈作为控制开关230的控制部，器件可连接至继电器的常闭触点或常开触点。在本实施例中，均以连接至继电器的常闭触点为例进行解释说明。

导通组件210的一端连接感应电路300和继电器的线圈的一端，导通组件210的另一端连接MOSFET管的栅极。MOSFET管的漏级连接继电器的线圈的另一端，MOSFET管的源极连接感应电路300。继电器的常闭触点的一端对应连接一个取电电路100，另一端连接负载。特别的，将导通组件210与感应电路300连接的一端称为输入端，与MOSFET管的栅极连接的一端称为导通组件210的输出端。

进一步的，各控制电路200的预设阈值为导通组件210的导通阈值。在未达到导通组件210的导通阈值时，导通组件210的两端无电连接，在达到导通组件210的导通阈值时，导通组件210的两端电连接。基于此，可通过判断感应电路300的输出电压是否达到导通组件210的导通阈值来判断导通组件210是否导通。在初始状态下，一导通组件210处于无电连接的状态，该导通组件210连接至MOSFET管的栅极的一端处于低电平状态。此时，当感应电路300的输出电压达到该导通组件210的导通阈值时，该导通组件210两端电连接，该导通组件210连接的MOSFET管的栅极得到高电平，MOSFET管的源极与漏级导通，继电器的线圈得电后常闭触点断开，连接该常闭触点的取电电路100生成的电信号停止输送给负载供电。在后续工作过程中，如果感应电路300的输出电压减小到低于该导通组件210的导通阈值时，该导通组件210两端无电连接，连接的MOSFET管的栅极为低电平，MOSFET管的源极与漏级断开，继电器的线圈失电后常闭触点闭合，连接该常闭触点的取电电路100将生成的电信号输送给负载供电。

在本实施例中，根据感应电路300的输出电压与导通组件210的导通阈值，达到控制取电电路100是否给负载进行供电的目的。

在一个实施例中，请继续参考图2，导通组件210包括电阻与导通管，导通管的正极连接驱动开关220的驱动端，导通管的负极连接电阻的一端，电阻的另一端连接感应电路300和控制开关230的控制部。

具体的，导通管为根据电压值判断是否导通的元件，可为晶体管，也可为场效应管，还可以是稳压源等器件。在本实施例中，以导通管为为稳压二极管为例进行解释说明。以图2为例，导通组件210包括电阻R1和稳压二极管D1，稳压二极管D1包括正极与负极。驱动开关220为MOSFET管Q1，控制开关230为继电器K1。电阻R1的一端连接稳压二极管D1的负极，电阻R1的另一端连接感应电路300和继电器K1的线圈的一端，稳压二极管D1的正极连接MOSFET管Q1的栅极。MOSFET管Q1的漏级连接继电器K1的线圈的另一端，MOSFET管Q1的源极连接感应电路300。继电器K1的常闭触点的一端对应连接一个取电电路100，另一端连接负载。

在一个实施例中，各控制电路200的阈值为导通管的耐压值，在耐压值低于感应电路的输出电压时，导通管导通，对应的控制电路连接的取电电路断开。

其中，同样以导通管采用稳压二极管为例，稳压二极管其结构为由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，包括正负两个端子，正常情况下，电流只能从正极向负极方向移动。而当外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，引起稳压二极管反向导通。该反向电击穿的临界电压称为稳压二极管反向击穿电压，也就是耐压值。基于此，可采用稳压二极管的耐压值作为各控制电路200的预设阈值，为了满足实际情况对控制电路200的预设阈值的要求，可采用单个或者多个稳压二极管串联的方式实现。其中，当各控制电路200中的导通管均采用单个稳压二极管时，可通过选择不同耐压值的稳压二极管，以使控制电路200的预设阈值不同。

在稳压二极管D1两端的电压值未达到其耐压值时，与稳压二极管D1的正极连接的MOSFET管Q1的栅极为低电平，MOSFET管Q1的源极与漏级断开，继电器K1的线圈失电，常闭触点闭合，连接该常闭触点的取电电路100将生成的电信号输送给负载供电。在稳压二极管D1两端的电压值达到其耐压值时，与稳压二极管D1的正极连接的MOSFET管Q1的栅极为高电平，MOSFET管Q1的源极与漏级导通，继电器K1的线圈得电，常闭触点断开，连接该常闭触点的取电电路100生成的电信号停止输送给负载供电。

具体的，稳压二极管的耐压值的设置方式并不唯一，为达到控制取电电路100在不同输电线路电流值下导通数量不同的目的，各稳压二极管的耐压值至少有两个以上不相同。具体的，可根据在已知的负载额定功率与输电线路的电流变化范围下，确定需要导通的取电电路100的数量。在某一输电线路的电流值下，确定单路取电电路100的最大取电功率P_max，再计算得到需要导通的取电电路100的数量n，设计该数量n对应的控制电路200的导通管的耐压值大于此电流值下的感应电路300的输出电压。

在本实施例中，采用稳压二极管的耐压值作为控制电路200的预设阈值，根据感应电路300的输出电压与该耐压值的比较，达到控制取电电路100是否给负载进行供电的目的。

在其中一个实施例中，如图3所示，取电电路100均包括互感元件110和整流电路120，互感元件110连接输电线路与整流电路120的输入侧，整流电路120的输出侧一端对应连接一个控制电路200，另一端连接负载。

具体的，互感元件110均包括磁芯和取电线圈。其中，磁芯的材料可以是锰-锌铁氧体或镍-锌铁氧体。磁芯可分为一次侧与二次侧，一次侧与二次侧之间可以有气隙。当不含气隙时，磁芯的形状可以是一次侧与二次侧连接的圆环形、正方形或长方形。当含有气隙时，磁芯的一次侧与二次侧也可以是两根分开的棒状。本实施例对磁芯的材料、形状以及粗细均不作限定。磁芯一次侧和二次侧分别用于缠绕线圈产生电磁感应。在本实施例中，输电线路为一次侧线圈，取电线圈为二次侧线圈，本实施例对取电线圈的匝数不作限定。

整流电路120是指能将交流电能转换为直流电能的电路。整流电路300由整流二极管组成，经过整流电路300之后的电压已经从交流电压变成单向脉动性直流电压。具体的，整流电路300可以为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路或倍压整流电路等。在一个实施例中，整流电路300为全桥整流电路，包括四个首尾连接的二极管：二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4。其中，二极管D1的正极与二极管D3的负极连接、二极管D2的正极与二极管D4的负极连接、二极管D1的负极与二极管D2的负极连接、二极管D3的正极和二极管D4的正极连接。二极管D1与二极管D3的公共连接点作为交流侧的第一输入极，二极管D2与二极管D4的公共连接点作为交流侧的第二输入极。二极管D1与二极管D2的公共连接点作为输出正极，二极管D3与二极管D4的公共连接点作为输出负极。

输电线路具体为高压输电线路，其中输送的为交流电。当输电线路中的电流发生变化时，引起磁芯的一次侧内磁场的变化，则其二次侧内的磁场也随之变化，基于电磁感应原理，取电线圈中将产生电流，实现电磁互感取电。取电线圈输出的交流电流传输给整流电路120转换成直流电流后给负载进行供电。

在一个实施例中，请继续参考图3，取电电路100还包括谐振元件130，谐振元件130连接互感元件110和整流电路120。具体的，谐振元件130为谐振电容，谐振电容往往是与电感并联实现电场与磁场的能量转换，互相补偿。如图3中，谐振元件130为谐振电容C1，谐振电容C1与取电线圈串联，形成谐振回路，有利于降低损耗和噪声。

在一个实施例中，请继续参考图3，取电电路100还包括保护元件140，保护元件140连接互感元件110和整流电路120。其中，保护元件140可为压敏电阻或TVS二极管(Transient Voltage Suppressor，瞬态二极管)等保护器件。该保护元件140连接于互感元件110和整流电路120之间，可以泄放异常情况下产生的瞬时大电流，避免因瞬时大电流造成的器件损坏，可以保护电路安全，有利于提高感应取电设备的可靠性。

在一个实施例中，请继续参考图3，取电电路100还包括稳压元件150，稳压元件150并接在整流电路120的输出侧。稳压元件150可为稳压电源或稳压电容等器件。当稳压元件150为稳压电容时，其数量可以是一个也可以是多个，且多个稳压电容的连接方式可以是串联、并联或混联。如图3中，稳压元件150为电容C2。进一步的，上述稳压电容可以为极性电容也可以为非极性电容。具体的，整流电路120整流后得到的直流电能，在输出至负载之前，先由稳压元件150进行稳压处理，有利于提高自适应感应取电装置输出的直流电压的质量。

在一个实施例中，如图4所示，感应电路300包括感应元件T_m、转换电路和稳压电容C_m，感应元件T_m连接输电线路与转换电路，转换电路连接各控制电路200，稳压电容C_m并接于转换电路的输出侧。

其中，与取电电路100的结构类似，互感元件T_m也包括磁芯和取电线圈。转换电路为整流桥B_m。互感元件T_m的磁芯的一次侧连接输电线路，二次侧连接其取电线圈，取电线圈还连接整流桥B_m的输入侧。整流桥B_m的输出侧的正极连接各控制电路200的导通组件210的输入端，整流桥B_m的输出侧的负极连接各控制电路200的MOSFET管的源极。稳压电容C_m并接于在整流桥B_m的的输出侧。

在本实施例中，感应元件T_m用于从输电线路内的交流电流中感应产生交流电流，再通过转换电路B_m整流成直流电流为各控制电路200提供输出电压。稳压电容C_m用于提高自适应感应取电装置输出的直流电压的质量。

在一个实施例中，请继续参考图4，上述自适应感应取电装置还包括输出稳压电路400，各取电电路100均通过输出稳压电路400连接至负载。

具体的，稳压输出电路400可采用稳压电源，也可采用稳压模块。在本实施例中采用DC-DC稳压模块作为输出稳压电路400。各取电电路100的一端直接通过DC-DC稳压模块连接至负载，另一端连接一个控制电路200后通过DC-DC稳压模块连接至负载。该DC-DC稳压模块能起到降噪和隔离保护的作用。

为便于理解，下面针对图4对自适应感应取电装置的具体结构和工作过程进行详细说明。

如图4所示，自适应感应取电装置包括n路取电电路100、n路控制电路200、感应电路300和稳压输出电路400。

其中，第一取电电路包括互感元件T1、整流电路B1、谐振元件CX1、保护元件TVS1和稳压元件C1，第二取电电路包括互感元件T2、整流电路B2、谐振元件CX2、保护元件TVS2和稳压元件C2，第三取电电路包括互感元件T3、整流电路B3、谐振元件CX3、保护元件TVS3和稳压元件C3，第n取电电路包括互感元件Tn、整流电路Bn、谐振元件CXn、保护元件TVSn和稳压元件Cn。第一控制电路包括电阻R1、稳压二极管D1、继电器K1和MOSFET管Q1，第二控制电路包括电阻R2、稳压二极管D2、继电器K2和MOSFET管Q2，第三控制电路包括电阻R3、稳压二极管D3、继电器K3和MOSFET管Q3，第n控制电路包括电阻Rn、稳压二极管Dn、继电器Kn和MOSFET管Qn。感应电路300包括感应元件T_m、整流桥B_m和稳压电容C_m。稳压输出电路400为DC-DC稳压模块。

其中，所有取电电路100的互感元件110、谐振元件130、保护元件140、整流电路120和稳压元件150采用的器件规格型号均一致，同样的感应电路300中的感应元件T_m、整流桥B_m和稳压电容C_m与取电电路100中的互感元件110、整流电路120和稳压元件150采用的器件规格型号一致。所有控制电路200的电阻、MOSFET管与继电器采用的规格型号均一致。且以上采用器件均为电力设备领域常用规格的器件。

第一取电电路中，互感元件T1的输入侧缠绕输电线路，输出侧依次连接谐振元件CX1、保护元件TVS1和整流电路B1，稳压元件C1并接于整流电路B1的输出侧两端。同理其他取电电路100与第一取电电路的连接方式一致，不在此赘述。第一控制电路中，电阻R1的一端连接稳压二极管D1的负极，电阻R1的另一端连接继电器K1的线圈的一端以及感应电路300中的整流桥B_m，稳压二极管D1的正极连接MOSFET管Q1的栅极。MOSFET管Q1的漏级连接继电器K1的线圈的另一端。同理其他控制电路200与第一控制电路的连接方式一致，不在此赘述。

以第一取电电路通过第一控制电路连接至负载供电为例，整流电路B1的输出侧一端通过DC-DC稳压模块连接至负载，另一端连接至的继电器K1的触点一端，继电器K1的触点另一端通过DC-DC稳压模块连接至负载。同理其他各取电电路100也分别通过一个控制电路200连接至DC-DC稳压模块，再连接至负载，连接方式与举例一致，不在此赘述。

感应元件T_m的输入侧缠绕输电线路，输出侧连接整流桥B_m，稳压电容C_m并接在的整流桥B_m输出侧两端。以整流桥B_m连接第一控制电路为例，整流桥B_m的输出侧正极连接电阻R1与继电器K1的线圈，整流桥B_m的输出侧负极连接MOSFET管Q1的源极。同理整流桥B_m的输出侧还通过同样的方式连接其他各控制电路200，不在此赘述。

以下以负载的额定功率P_e为10W、输电线路的电流固定在100～300A范围变化时为例进行工作过程的解释说明。假设互感元件110与感应元件T_m均采用内径50mm、外径70mm、宽35mm、平均磁路长度l_m为183mm、有效截面积S为345.4mm²的环形硅钢磁芯，磁芯的气隙大小为0.2mm。DC-DC稳压模块的输入电压范围为2～24V，电阻均采用50Ω的限流电阻。

首先根据输电线路的电流最小值100A与上述各器件的参数值由式(11)计算出此时的最大取电功率P_max。然后P_e与P_max计算出由式(12)计算出需要的最多的取电电路100的数量，得到n为4。需要设计4路取电电路在输电线路的电流在100A-300A变化时，采用不同的取电电路100的导通数量，使导通的取电电路的总取电功率满足负载的额定功率。

运用仿真软件对以上参数下的感应电路300、4路取电电路100与4路控制电路200设计仿真模型。对仿真模型中的感应电路300按照实际输电线路变化范围为100A-300A提供输入电流，获取对应输入电流下的稳压二极管两端的仿真电压值：

根据上表数据，设计共四路取电电路100来给负载进行供电。当输电线路电流为100A时，此时单路取电电路最大功率P_max计算为3.06W，需要四路取电电路100同时供电才能满足负载额定功率10W的需求，那么所有取电电路100采用的稳压二极管的耐压值均需大于2.51V。当电流为150A时，只需采用三路取电电路100进行供电即可满足负载额定功率10W的需求，那么其中三路取电电路100采用的稳压二极管的耐压值需大于3.76V。如，其中一路取电电路100可采用耐压值为3V的稳压二极管，其余的稳压二极管的耐压值均大于4V。同理可按照上述参数值，设计剩余两路取电电路100的稳压二极管的耐压值为4V以及6V。

在本实施例中，可根据感应电路300的输出电压与各稳压二极管的耐压值，控制取电电路100的导通数量，使导通的取电电路100的总取电功率满足负载的额定功率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种自适应感应取电装置，其特征在于，包括：取电电路、控制电路和感应电路，所述取电电路的数量为两个以上，所述控制电路的数量与所述取电电路的数量一致；各所述取电电路均连接输电线路和负载，并分别连接一个所述控制电路，所述感应电路连接所述输电线路和各所述控制电路，各所述取电电路的器件规格均一致，所述取电电路的数量根据所述负载的额定功率与所述输电线路的交流电流的变化范围进行设计；

所述控制电路用于根据所述感应电路的输出电压与预设阈值控制对应取电电路的通断，使导通的取电电路的总取电功率满足所述负载的额定功率；其中，至少两个所述控制电路的预设阈值互不相同；所述控制电路的预设阈值为所述控制电路中的导通管的耐压值，所述导通管在所述感应电路的输出电压高于所述耐压值时导通，以使对应的取电电路断开。

2.根据权利要求1所述的自适应感应取电装置，其特征在于，所述控制电路均包括导通组件、驱动开关和控制开关；所述导通组件的一端连接所述感应电路和所述控制开关的控制部的一端，所述导通组件的另一端连接所述驱动开关的驱动端；所述驱动开关的第一端连接所述控制开关的控制部的另一端，所述驱动开关的第二端连接所述感应电路；所述控制开关的触点的一端对应连接一个所述取电电路，另一端连接所述负载。

3.根据权利要求2所述的自适应感应取电装置，其特征在于，所述导通组件包括电阻与导通管，所述导通管的正极连接所述驱动开关的驱动端，所述导通管的负极连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端连接所述感应电路和所述控制开关的控制部。

4.根据权利要求1所述的自适应感应取电装置，其特征在于，所述取电电路均包括互感元件和整流电路，所述互感元件连接所述输电线路与所述整流电路的输入侧，所述整流电路的输出侧一端对应连接一个所述控制电路，另一端连接所述负载。

5.根据权利要求4所述的自适应感应取电装置，其特征在于，所述取电电路还包括谐振元件，所述谐振元件连接所述互感元件和所述整流电路。

6.根据权利要求4所述的自适应感应取电装置，其特征在于，所述取电电路还包括保护元件，所述保护元件连接所述互感元件和所述整流电路。

7.根据权利要求4所述的自适应感应取电装置，其特征在于，所述取电电路还包括稳压元件，所述稳压元件并接在所述整流电路的输出侧。

8.根据权利要求1所述的自适应感应取电装置，其特征在于，所述感应电路包括感应元件、转换电路和稳压电容，所述感应元件连接所述转换电路的输入侧与所述输电线路，所述转换电路的输出侧连接各所述控制电路，所述稳压电容并接于所述转换电路的输出侧。

9.根据权利要求1-8中的任意一项所述的自适应感应取电装置，其特征在于，还包括输出稳压电路，各所述取电电路均通过所述输出稳压电路连接至所述负载。

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