CN115498784A - 电力线辐射信号能量利用电路及低功率用电设备 - Google Patents

Abstract

本说明书涉及电力线能量采集技术领域，提供了一种电力线辐射信号能量利用电路及低功率用电设备，该电力线辐射信号能量利用电路包括：能量采集天线，用于收集与其耦合的电力线所辐射的能量信号；能量采集前端，用于将所述能量信号转换为直流能量；以及，能量管理单元，用于存储所述直流能量，在所述直流能量升至上限值时释放给负载电路使用，在所述直流能量降至下限值时关闭能量释放；所述负载电路的功率低于指定值。本说明书可以实现利用电力线辐射信号的能量为低功率用电设备供电，降低其使用维护成本。

Description

电力线辐射信号能量利用电路及低功率用电设备

技术领域

本说明书涉及电力线能量采集技术领域，尤其是涉及一种电力线辐射信号能量利用电路及低功率用电设备。

背景技术

电力线作为日常生活、生产、办公场所最重要的基础设施之一，覆盖了人们生活的各个角落。电力线提供的电源插口是绝大多数用电设备的电能来源。日常家居、办公场景的单个电力线插口一般可以提至少2000～3000瓦的功率。

然而，对于低功率用电设备(如传感器等)，由于其布置位置灵活，虽然经常距离电力线较近，但可能距离电力线电源插口较远，或不方便使用电线供电。一般采用电池供电，但是电池电量有限，需定期更换，使用维护成本较高。

发明内容

本说明书实施例的目的在于提供一种电力线辐射信号能量利用电路及低功率用电设备，以实现利用电力线辐射信号的能量为低功率用电设备供电，降低其使用维护成本。

为达到上述目的，一方面，本说明书实施例提供了一种电力线辐射信号能量利用电路，包括：

能量采集天线，用于收集与其耦合的电力线所辐射的能量信号；

能量采集前端，用于将所述能量信号转换为直流能量；以及，

能量管理单元，用于存储所述直流能量，在所述直流能量升至上限值时释放给负载电路使用，在所述直流能量降至下限值时关闭能量释放；所述负载电路的功率低于指定值。

本说明书的实施例中，所述电力线辐射信号能量利用电路还包括：

稳压电路，用于将所述能量管理单元输出的直流能量转换为适于所述负载电路使用的直流能量。

本说明书的实施例中，所述能量采集天线包括电场感应天线。

本说明书的实施例中，所述电场感应天线包括第一平面电极和第二平面电极，所述第一平面电极与所述第二平面电极彼此隔离，所述第一平面电极与所述电力线以电容方式感应耦合，所述第二平面电极接地或与地以电容方式感应耦合。

本说明书的实施例中，所述第一平面电极基于耦合增强部件与所述电力线以电容方式感应耦合。

本说明书的实施例中，所述耦合增强部件包括导电套管，所述导电套管套在所述电力线上，且与所述第一平面电极电性连接。

本说明书的实施例中，所述导电套管包括夹持套筒。

本说明书的实施例中，所述耦合增强部件包括包覆在所述电力线上的柔性导电膜，所述柔性导电膜与所述第一平面电极电性连接。

本说明书的实施例中，所述能量采集天线包括磁场感应天线。

本说明书的实施例中，所述磁场感应天线与所述电力线位于同一平面上或通过磁芯与所述电力线磁耦合。

本说明书的实施例中，所述能量采集前端包括：具有指定隔离度的整流电路。

本说明书的实施例中，所述能量管理单元，包括：

能量存储单元，用于存储所述直流能量；

门限可调电压检测单元，用于检测所述能量存储单元存储的直流能量，在所述直流能量升至上限值时输出导通信号，以及在所述直流能量降至下限值时输出关断信号；

控制开关，用于在收到所述导通信号时闭合，以将所述能量存储单元存储的直流能量通过供电接口释放给负载电路使用，在收到所述关断信号时断开，以停止所述能量存储单元对外放电；

输入输出端口，用于将低功率用电设备输入的控制信号传输给所述门限可调电压检测单元；所述控制信号包括强制复位信号。

本说明书的实施例中，所述能量管理单元，还包括：

门限电压配置单元，用于配置所述门限可调电压检测单元的上限值和下限值。

另一方面，本说明书实施例还提供了一种低功率用电设备，包括：

壳体；

设置于所述壳体内的电路板，所述电路板上设置有负载电路；以及，

上述电力线辐射信号能量利用电路，所述电力线辐射信号能量利用电路的至少一部分设置于所述电路板上。

本说明书的实施例中，所述低功率用电设备包括低功率传感器。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例通过电力线辐射信号能量利用电路可以收集电力线辐射信号能量并供给低功率用电设备使用，从而实现在无需使用电池或电力线插座的情况下向低功率用电设备的负载电路供电；如此，就大幅降低了低功率用电设备的使用维护成本，且还实现了对电力线所辐射的能量信号的回收利用，提高了电能利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了本说明书一些实施例中电力线辐射信号能量利用电路的结构框图；

图2示出了本说明书一些实施例中能量管理单元的结构框图；

图3示出了本说明书一些实施例中低功率用电设备的结构示意图；

图4示出了本说明书一些实施例中低功率用电设备的分解示意图；

图5示出了本说明书一些实施例中低功率用电设备的使用状态示意图；

图6示出了本说明书一些实施例中导电套筒的端部示意图；

图7示出了本说明书一些实施例中导电套筒夹持电力线(打开状态)的示意图；

图8示出了本说明书一些实施例中导电套筒夹持电力线(闭合状态)的示意图；

图9示出了本说明书另一些实施例中低功率用电设备的结构框图；

图10示出了本说明书另一些实施例中低功率用电设备的分解示意图；

图11示出了本说明书另一些实施例中低功率用电设备的使用状态示意图；

图12示出了本说明书一些实施例中能量存储单元的直流电压在充放电交替变换过程中的变化示意图；

图13示出了本说明书一些实施例中门限电压配置单元的结构示意图。

【附图标记说明】

1、电力线辐射信号能量利用电路；

11、能量采集天线；

11a、第一平面电极；

11b、第二平面电极；

11c、导电套管；

11d、磁场感应天线；

12、能量采集前端；

13、能量管理单元；

131、能量存储单元；

132、门限可调电压检测单元；

133、控制开关；

134、供电接口；

135、IO端口；

136、门限电压配置单元；

1361、熔丝阵列；

1362、二极管阵列；

1363、场效应管；

1364、电阻；

1365、信号输入端；

1366、信号输出端；

14、稳压电路；

2、低功率用电设备；

21、壳体；

22、电路板；

3、电力线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。例如在下面描述中，在第一部件上方形成第二部件，可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施例，还可以包括第一部件和第二部件以非直接接触方式(即第一部件和第二部件之间还可以包括额外的部件)形成的实施例等。

而且，为了便于描述，本说明书一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为“在”其他元件或部件“上方”或“之上”。

本说明书中的低功率用电设备一般是指功率为毫瓦级(例如几十毫瓦甚至更低)及以下的用电设备。较为典型的低功率用电设备为低功率传感器(例如物联网传感器等)。如在工厂车间等场所内各个位置布设的环境传感器(如温度传感器等)、距离传感器、光传感器等。在多数应用场景下，这些低功率用电设备的布设位置多变，且布设数量较多，直接使用电力线直接供电颇有不便，因此，目前大部分此类用电设备采用电池供电。但是电池电量有限，需定期更换，使用维护成本较高。当然，本领域技术人员可以理解，本说明书中的低功率用电设备并不限于物联网传感器，还可以包括其他任何具有类似功率，布设位置多变且布设数量较多的用电设备。此外，当电力线产生的场强较强时(如电压和或电流较高时)，也可以用于具有较高功率(>100mW)的用电设备。

有鉴于此，为了降低低功率用电设备的维护成本并提高电能利用率。本说明书实施例提供了收集电力线辐射信号能量并为低功率用电设备供电的技术。应当理解的是，本说明书中的电力线是指传输电能的导线。其中，电力线传输的电能例如可以为市电即电压在100V～380V范围内，频率为50HZ或者60HZ的工频交流电。电力线通电后会向外辐射50HZ或者60HZ的电磁场。这种向外辐射的电磁场带有能量，距离电力线越近，电力线传输的电压越高时，电场辐射越强；距离电力线越近，电力线传输的电流越强时，磁场辐射越强。若可以将这些能量收集起来，就可以实现在无需使用电池或电力线插座的情况下，通过电力线为低功率用电设备供电。

参考图1所示，在一些实施例中示出了一种电力线辐射信号能量利用电路，其可以包括能量采集天线11、能量采集前端12和能量管理单元13等。其中，能量采集天线11可以用于收集与其耦合的电力线所辐射的能量信号；能量采集前端12可以用于将所述能量信号转换为直流能量(即直流电)；能量管理单元13可以用于存储所述直流能量，在所述直流能量升至上限值时释放给负载电路使用，在所述直流能量降至下限值时关闭能量释放；所述负载电路的功率低于指定值。通过电力线辐射信号能量利用电路可以收集电力线辐射信号能量并供给低功率用电设备使用，从而实现在无需使用电池或电力线插座的情况下向低功率用电设备的负载电路供电；如此，就大幅降低了低功率用电设备的使用维护成本，且还实现了对电力线所辐射的能量信号的回收利用，提高了电能利用率。

本说明书中的负载电路是指低功率用电设备的主体电路，时用于实现低功率用电设备的功能主体。例如，以物联网传感器为例，其主体电路可以包括主控模块、无线通信接口、存储单元和传感器探头等。在主控模块的控制下，传感器探头可以采集对应的参数，主控模块可以将参数存储于存储单元内，并适时通过无线通信接口对外发送(例如发送给上位机等)。

电力线产生的辐射信号为向周围空间辐射的电磁波，从而形成辐射射频能量。考虑到该辐射射频能量同时以磁场和电场形式存在，可以通过磁场感应天线(例如线圈天线)和/或电场感应天线(例如电极天线)的方式收集辐射射频能量。换而言之，当能量采集天线11采用磁场感应天线(例如线圈天线)时，可以收集电力线向外辐射的磁场能量(磁信号)；当能量采集天线11采用电场感应天线(例如电极天线)时，可以收集电力线向外辐射的电场能量(电信号)。

针对电力线磁场能量收集的原理类似于变压器耦合。电力线作为初级线圈，而线圈天线作为次级线圈。在一些实施例中，可选择使用磁芯增强感应耦合，类似于钳形电流表的形式。在另一些实施例中，当不使用磁芯时，相当于空气芯变压器。使用电力线磁场进行能量收集时，可收集的能量与电力线上通过的电流有直接关系，尤其适用于电流相对较大场合，如工厂等。其中，钳形交流电流表实质上是由电流互感器和电流表所组成；电流互感器为可开合的感应交流钳夹，以使被测量载流导线可以穿过电流互感器。被测量载流导线相当于电流互感器的原绕组，电流互感器作为副边绕组，副边绕组与电流表接通。根据电流互感器原、副边绕组间一定的变化比例关系，电流表的便可以显示出被测量载流导线的电流值。

针对电力线电场能量收集的原理类似于电容器耦合。电力线作为电容的一极，电极天线作为电容的另一极。当电极天线连接大地或大面积金属时，便有电流通过该电容器。使用电力线电场进行能量收集时，可收集的能量与电力线上的电压有直接关系，尤其适用于电压相对较高的场合。

能量采集前端12可以为具有指定隔离度的整流电路。由于由能量采集天线11捕获的射频信号的功率一般极低(例如低于微瓦甚至更低)，如此可能需要一段时间才能聚集到足够多的能量以供低功率用电设备使用。整流电路的漏电将会造成能量大量损失，从而延长了能量聚集所需要的时间，降低了系统性能，甚至造成完全无法聚集能量。因此，整流电路应具有较高的隔离度。具体而言，在一些实施例中，整流电路的反向漏电流应低于输入射频能量整流后的电流强度，以保证能量可以累积。较佳地，整流电路的反向漏电流可以在输入射频能量整流后的电流强度的10％以下。例如，当输入电流为1微安(uA)时，反向漏电流可以低于100纳安(nA)。

不同的低功率用电设备的工作参数(例如工作电压等)一般不同。在多数场景下，能量管理单元13输出的直流能量，可能难以直接适于低功率用电设备的负载电路使用。因此，在一些实施例中，电力线辐射信号能量利用电路还可以包括稳压电路14(如图1所示)。稳压电路14可以用于将所述能量管理单元13输出的直流能量转换为适于低功率用电设备的负载电路使用的直流能量。例如，在一示例性实施例中，稳压电路14可以为直流变换器(DC/DC)，经过DC/DC进行直流升压变换或直流降压变换处理后，可输出适于低功率用电设备的负载电路直接使用的直流电。再如，在另一示例性实施例中，稳压电路14也可以为可调低压差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)。由此可见，本说明书中对于采用何种稳压电路14不作限定，具体可以根据实际需要选择。

能量管理单元13是电力线辐射信号能量利用电路中的重要组成部分。结合图2所示，在一些实施例中，能量管理单元13可以包括能量存储单元131、门限可调电压检测单元132、控制开关133和供电接口134等。其中，能量存储单元131可以用于存储能量采集前端输出的直流能量；门限可调电压检测单元132可以用于实时或定时检测所述能量存储单元131存储的直流能量，在所述直流能量升至上限值时输出导通信号，以及在所述直流能量降至下限值时输出关断信号；控制开关133可以用于在收到所述导通信号时闭合，以将所述能量存储单元131存储的直流能量通过供电接口134释放给负载电路使用，在收到所述关断信号时断开，以停止所述能量存储单元131对外放电。

通过电力线采集到的能量的功率很低，即使对于低功率用电设备而言，一般也难以直接用于供给低功率用电设备使用。因此，需要利用能量存储单元131将采集到的能量存储起来，直至积蓄能量达到一定程度(例如电压达到设定值)时，再集中释放，从而供给低功率用电设备工作。实际上，在很多场景下，低功率用电设备并不需要全天24小时实时工作。因此，利用从电力线采集到的能量，低功率用电设备可每隔一段时间工作一次，也能满足很多应用场景需求。在一些实施例中，能量存储单元131一般可以为具有较低漏电性能的电容器或可充电电池等，以利于实现能量积蓄。例如，在一示例性实施例中，能量存储单元131可以为陶瓷电容等具有较低漏电流的电容器。在另一示例性实施例中，当要求的能量容量较大或需采集较高功率的能量时，也可以接受漏电性能较相对大一些的电容器(例如钽电容器等)。

门限可调电压检测单元132可以包括电压检测电路及控制电路。门限可调电压检测单元132具有两个动作电压：Von(即上述的上限值)和Voff(即上述的下限值)。一般而言，Voff应接近低功率用电设备正常工作所需的最低电压。而Von可根据低功率用电设备工作一次所需要的能量来设置，即Von与Voff所相差的能量应能至少满足低功率用电设备工作一次的能量需求。一般地，Von和Voff具体值可以根据连接的低功率用电设备的电特性来设置，考虑到实际中各种特殊情况(如无线通信信道拥塞所造成的延时等待)，Von可能需要大大高于此值，以在特殊情况下也可提供足够电能。

当能量存储单元131处于充电状态时，能量存储单元131内存储的直流能量的电压持续上升。当电压上升至Von时，门限可调电压检测单元132可以输出导通信号(例如输出高电平信号等)给控制开关133的控制端，控制开关133导通，能量存储单元131开始经由控制开关133对负载电路放电。相应的，能量存储单元131内存储的直流能量的电压由于放电而持续下降；当电压下降至Voff电压时，门限可调电压检测单元132可以输出关断信号(例如输出低电平信号等)给控制开关133的控制端，控制开关133关断，能量存储单元131停止放电；此后能量存储单元131继续充电蓄能并在再次达到Von时再次放电，以此递推。

例如，图12中示出了能量存储单元内存储的直流能量在充放电交替过程中两个动作电压点之间关系。在图12中，横轴为时间，纵轴为能量存储单元的两端电压(即能量存储单元内存储的直流能量的电压值)。图12中，上、下两条水平虚线分别指示Von与Voff两个电压，实曲线表示能量存储单元的两端电压。随着电压变化，实曲线被分割成了充电状态和放电状态交替的不同阶段。在充电状态阶段，负载电路不通电，能量存储单元持续累积电能，电压持续升高。在放电状态阶段，负载电路通电，能量存储单元上累计的电能快速流失，电压持续快速下降。从充电状态到放电状态的触发条件可以为：能量存储单元的电压达到Von。而从放电状态到充电状态的触发条件可以为：能量存储单元的电压达到Voff或门限可调电压检测单元收到强制复位信号。应当指出，充电状态实际上是持续进行的，即在放电的同时实际上也在充电，只是由于放电速度大于充电速度，放电效果显得更佳显著，因而将此种状态称之为放电状态。

某些低功率用电设备的功耗可能极低，以至于在能量存储单元放电后，能量存储单元的电压尚未达到或接近Voff时，低功率用电设备已完成一次工作(例如温度传感器完成了一次温度采集)。换而言之，当低功率用电设备已完成一次工作后，能量存储单元仍有富余能量未使用，为避免电能浪费，低功率用电设备可以向门限可调电压检测单元输出强制复位信号，使得门限可调电压检测单元可以在此情况下也可以输出关断信号给控制开关，以停止能量存储单元的放电，而无需等待电压降到Voff时再转入充电状态。例如，在图12所示实施例中，放电状态A、放电状态B、放电状态C和放电状态E下，均是在电压未降至Voff下因强制复位而直接转入充电状态。只有放电状态D是由电压达到Voff时才转入充电状态。

在一些实施例中，控制开关133可以为开关三极管或基于开关三极管形成的开关电路。例如，在一示例性实施例中，可以控制开关133可以包括金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)等。本领域技术人员可以理解，本说明书实施例中可以采用任何合适的控制开关133，本说明书对此不作唯一限定，具体可以根据需要选择。

请继续参考图2所示，在一些实施例中，能量管理单元13还可以包括IO端口135(即输入输出端口)。所述IO端口135可以用于将低功率用电设备输入的控制信号传输给所述门限可调电压检测单元132，以使所述门限可调电压检测单元132可以根据所述控制信号控制所述控制开关133。其中，所述控制信号可以包括强制复位信号。

请继续参考图2所示，在一些实施例中，能量管理单元13还可以包括门限电压配置单元136。所述门限电压配置单元136可以用于配置所述门限可调电压检测单元132的上限值和下限值。

在一些实施例中，门限电压配置单元136可以输出Von和Voff两个电压至门限可调电压检测单元132。可通过分压电阻对Von和Voff两个电压进行分压，将分压后的电压通过反馈控制保持与门限电压配置单元136内部的基准电压源产生电压一致，达到对于两个电压的生成与控制(类似线性稳压电路LDO)。电阻分压的倍率可根据需要预先设置。

例如，在一实施例中，分压电阻可以由用户通过IO端口135在电路外边添加实现。在另一实施例中，也可以用电阻阵列加熔丝的方式预先在门限电压配置单元136内部设置，而后使用IO端口135选择性地熔断某些熔丝以达到控制电阻分压比的目的。在又一实施例中，随着集成电路功耗的进一步降低，也可以选择使用非易失存储器来记录和读取电阻阵列配置，通过IO端口135配置非易失存储器的配置内容，并在门限电压配置单元136上电时读取和配置电阻整列以设置分压比。

在另一些实施例中，门限电压配置单元136对Von和Voff两个电压也可由半导体器件(例如晶体管等)自身特性决定。比如场效应管(例如MOSFET等)的栅极导通电压和二极管的导通电压等。通过组合多个半导体器件完成对它们特性电压的叠加，并使用熔丝控制多个半导体器件接入电路，从而也可实现对Von和Voff两个电压的控制和调节。当输入电压超过门限电压配置单元136的一个门限电压，门限电压配置单元136输出对应信号至门限可调电压检测单元132。相应的，IO端口135可以用于对于指定熔丝的熔断操作。

例如，在图13所示的实施例中示出了门限电压配置单元136的结构。其中，熔丝阵列1361与二极管阵列1362构成门限电压配置电路；场效应管1363与电阻1364构成反相电路。二极管阵列1362包括多个顺次串联的二极管；熔丝阵列1361包括多个熔丝，每熔丝可以与二极管阵列1362中的一个二极管一一对应并联；二极管阵列1362的输入端可与信号输入端1365电性连接；二极管阵列1362的输出端可与场效应管1363的栅极电性连接；场效应管1363的源极接地；场效应管1363的漏极可通过电阻1364接合适的电压源；信号输出端1366与场效应管1363的漏极电性连接。

默认状态下，熔丝阵列1361中的熔丝全部连接，门限电压配置单元136的门限电压即为场效应管1363的栅极导通电压。用户可通过IO端口135选择性的熔断熔丝阵列1361的指定熔丝，以将二极管阵列1362中对应的二极管接入电路。熔断后的门限电压变为该熔断后熔丝对应的二极管的导通压降之和，加上场效应管1363的栅极导通电压。

通过信号输入端1365可以将门限可调电压检测单元132检测到的能量信号，输入至门限电压配置单元136；当能量信号的电压未达到门限电压时，信号输出端1366输出高电平至门限可调电压检测单元132；反之信号输出端1366输出低电平至门限可调电压检测单元132。可见，在此情况下，门限可调电压检测单元132的电压对比判断由门限电压配置单元136代为实现。

在一些实施例中，电力线辐射信号能量利用电路可以集成于低功率用电设备上，从而形成低功率用电设备的一部分。在另一些实施例中，电力线辐射信号能量利用电路也可以形成独立设备，以作为低功率用电设备的独立配件使用。类似于移动终端配置有一个充电器一样。

下面以电力线辐射信号能量利用电路可以集成于低功率用电设备上为例，描述本说明书实施例的低功率用电设备。

参考图3和图4所示，在一些实施例中，低功率用电设备2具有壳体21，所述壳体21内设置有电路板22，所述电路板22上设置有负载电路，电力线辐射信号能量利用电路的主体部分也可以设置在所述电路板22上。电力线辐射信号能量利用电路的能量采集天线可以为电场感应天线，该电场感应天线可以包括第一平面电极11a和第二平面电极11b。第一平面电极11a与第二平面电极11b彼此隔离。

第一平面电极11a可设置于壳体21上以便于在使用时可尽量靠近电力线，从而有利于增强其与电力线之间的电容式感应耦合，使其与电力线形成一个第一电容，可以传递50Hz交流信号(这里以50Hz交流信号为例)。第二平面电极11b可设置于电路板22上，并且第二平面电极11b可以接地，以利于提升能量采集效果。此时，电力线交流电能通过第一电容传递至电力线辐射信号能量利用电路后流入大地，形成完整的电流回路。某些情况下，第二平面电极11b可能无接地条件，此时可以将低功率用电设备置于面积相对较大的金属面板上，或低功率用电设备2的壳体21采用金属外壳，并使第二平面电极11b与该金属面板或金属外壳直接接触。此时，第二平面电极11b(及与电极连接的金属)与地之间形成一个第二电容，可以传递50Hz交流信号(这里以50Hz交流信号为例)，电力线交流电能通过第二电容传递至电力线辐射信号能量利用电路后再经过第二电容流入大地，也可以形成一个完整的电流回路。在图3和图4所示实施例中，电场感应天线的电极设计成平板结构的目的在于增加电容耦合面积，从而可以增强电力线与电场感应天线间的耦合电容值。

在一些实施例中，为了进一步增强电力线与电场感应天线间的耦合电容，第一平面电极可以基于耦合增强部件与电力线以电容方式感应耦合。例如，在图5所示实施例中，可以采用导电套管11c(例如金属套管等)作为耦合增强部件，导电套管11c可套在电力线3上，且可通过导线与第一平面电极11a电性连接。此外，为了尽量减少导电套管11c与电力线金属内芯的距离，以增强电容式感应耦合，导电套管11c的内径和电力线的外径适配，即导电套管11c可以紧套在电力线的绝缘外层上。

为了方便实施，在一些实施例中，导电套管可以为可开合的夹持套筒。例如，在图6所示实施例中，导电套管11c可以由两个枢转式连接的半圆筒组合而成。结合图7所示，当需要夹持电力线3时，可以使导电套管11c的两个半圆筒张开一定角度并靠近电力线3，以将电力线3纳入可夹持范围。在此基础上，当使导电套管11c的两个半圆筒闭合后，电力线3将被导电套管11c所夹持(例如图8所示)，即实现了在无需切割或拆解电力线3的情况下，将导电套管11c套在电力线3上。

在另一些实施例中，在一些要求不高的场合下，所述耦合增强部件也可以为包覆在所述电力线上的柔性导电膜(例如铝箔等金属膜)，所述柔性导电膜与所述第一平面电极电性连接。同样，为了尽量减少导电套管11c与电力线金属内芯的距离，以增强电容式感应耦合，柔性导电膜可以紧紧包裹在电力线的绝缘外层上。

参考图9和图10所示，在另一些实施例中，低功率用电设备2具有壳体21，所述壳体21内设置有电路板22，所述电路板22上设置有负载电路和电力线辐射信号能量利用电路的主体部分。电力线辐射信号能量利用电路的能量采集天线为磁场感应天线11d(这里为无磁芯场景)。磁场感应天线11d可以设置于壳体21上，以便于使用时可尽量靠近电力线，从而有利于增强其与电力线3之间的电感式感应耦合。在其他实施例中，当电力线辐射信号能量利用电路的能量采集天线为采用带有磁芯的磁场感应天线时，低功率用电设备的安装使用方式类似于钳形电流表，此处不再赘述。

结合图11所示，所述磁场感应天线11d与所述电力线3应尽量位于同一平面上，如此可以由于增大磁场感应天线11d的磁通量(图11中虚线环表示电力线3向外辐射的磁场)，从而增强磁场感应天线11d与电力线3之间的电感式感应耦合。

需要注意的是，使用磁场感应天线采集电力线辐射能量时，应避免电力线中各条线缆产生的磁场相互抵消。例如，对于单相市电，由于火线与零线具有相反电流方向，产生的磁场可相互抵消。因此，在使用时，可将低功率用电设备置于火线与零线之间，此处磁场叠加加强，感应效果还可能加倍。若此处不可行，则可考虑将火线与零线尽量彼此分开远离，并将低功率用电设备尽量靠近其中的一根线，并使磁场感应天线与该根线在同一平面上。如此，也可以达到避免电力线中各条线缆产生的磁场相互抵消的效果。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

还应理解，在本说明书实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，包括：

能量采集天线，用于收集与其耦合的电力线所辐射的能量信号；

能量采集前端，用于将所述能量信号转换为直流能量；以及，

能量管理单元，用于存储所述直流能量，在所述直流能量升至上限值时释放给负载电路使用，在所述直流能量降至下限值时关闭能量释放；所述负载电路的功率低于指定值。

2.如权利要求1所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，还包括：

稳压电路，用于将所述能量管理单元输出的直流能量转换为适于所述负载电路使用的直流能量。

3.如权利要求1所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述能量采集天线包括电场感应天线。

4.如权利要求3所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述电场感应天线包括第一平面电极和第二平面电极，所述第一平面电极与所述第二平面电极彼此隔离，所述第一平面电极与所述电力线以电容方式感应耦合，所述第二平面电极接地或与地以电容方式感应耦合。

5.如权利要求4所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述第一平面电极基于耦合增强部件与所述电力线以电容方式感应耦合。

6.如权利要求5所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述耦合增强部件包括导电套管，所述导电套管套在所述电力线上，且与所述第一平面电极电性连接。

7.如权利要求6所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述导电套管包括夹持套筒。

8.如权利要求5所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述耦合增强部件包括包覆在所述电力线上的柔性导电膜，所述柔性导电膜与所述第一平面电极电性连接。

9.如权利要求1所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述能量采集天线包括磁场感应天线。

10.如权利要求9所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述磁场感应天线与所述电力线位于同一平面上或通过磁芯与所述电力线磁耦合。

11.如权利要求1所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述能量采集前端包括：具有指定隔离度的整流电路。

12.如权利要求1所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述能量管理单元，包括：

能量存储单元，用于存储所述直流能量；

门限可调电压检测单元，用于检测所述能量存储单元存储的直流能量，在所述直流能量升至上限值时输出导通信号，以及在所述直流能量降至下限值时输出关断信号；

控制开关，用于在收到所述导通信号时闭合，以将所述能量存储单元存储的直流能量通过供电接口释放给负载电路使用，在收到所述关断信号时断开，以停止所述能量存储单元对外放电；

输入输出端口，用于将低功率用电设备输入的控制信号传输给所述门限可调电压检测单元；所述控制信号包括强制复位信号。

13.如权利要求12所述的电力线辐射信号能量利用电路，其特征在于，所述能量管理单元，还包括：

门限电压配置单元，用于配置所述门限可调电压检测单元的上限值和下限值。

14.一种低功率用电设备，其特征在于，包括：

壳体；

设置于所述壳体内的电路板，所述电路板上设置有负载电路；以及，

权利要求1-13任意一项所述电力线辐射信号能量利用电路，所述电力线辐射信号能量利用电路的至少一部分设置于所述电路板上。

15.如权利要求14所述的低功率用电设备，其特征在于，所述低功率用电设备包括低功率传感器。

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