CN116094184A - 一种利用ct取电的无线测温电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用CT取电的无线测温电路，包括：CT取电线圈，用于将一次电流转换为二次电流；整流电路，用于将所述二次电流转换为直流电；稳压电路，用于稳定所述直流电的电压；控制开关，串联在所述稳压电路的输出端与所述无线测温电路的电源端之间；滞回比较电路，所述滞回比较电路的输入端连接所述整流电路的输出端，所述滞回比较电路的输出端连接所述控制开关的控制端，用于根据所述整流电路的输出端控制所述控制开关的导通与截止。本发明能够在CT取电线圈的一次侧电流在较低电流时，保证控制芯片和无线芯片能够进入休眠模式，避免控制芯片和无线芯片无法进入休眠模式导致电能消耗过大导致电路无法正常工作。

Description

一种利用CT取电的无线测温电路
技术领域
本发明一般地涉及CT取电技术领域，特别是一种利用CT取电的无线测温电路。
背景技术
随着电网的智能化，电缆上配备了越来越多的在线设备。由于这些在线设备不方便使用常规电源进行供电，因此可以采用无线电能传输的方式进行取电，无线电能传输，又称非接触电能传输，是电能从电源到负载的一种没有经过电气设备直接接触的能量传输方式。近年来，无线输电技术取得了很大的成果，已有相关产品应用于生活实际，其研究热点和应用领域主要有家用电器领域、生物医学供电领域和电动汽车无线充电领域。
无线电能传输技术中，CT取电是较为常用的对在线设备进行供电的方式。CT取电线圈利用电磁感应原理，从处于高电位的电力电缆上获取电能。由于消除了电缆与设备之间直接的电气联系，结构简单，成本低，输出功率大，是目前较为常用且具有发展前景的供电方式。
在温度测量技术领域，某些场景中不便于铺设线缆。例如在实际工程安装中，温度测量设备与常规电源存在连接线较长，安装难度较大的问题，而与电气一次部分距离较近，因此可以采用CT取电装置对温度测量装置进行供电。
一种利用CT取电的无线测温电路如图1所示，包括CT取电线圈(未示出)、整流电路B1和稳压芯片U6，其中，CT取电线圈输出端设置有双向TVS管V2，稳压芯片U6输出端连接有电容C31、C17，输出电压VCC，用于为控制芯片U1(未示出)和无线芯片U3(未示出)供电。具体地，CT1和CT2是取电线圈的输出端，可以焊接到线路板上；双向TVS管V2负责吸收浪涌电流产生的各种干扰，整流电路B1选用1kV整流桥(例如可以采用二极管桥式整流电路，也可以采用非桥式的拓扑)，把CT取电线圈产生的交流电压转换成直流电压，稳压芯片U6是高输入LDO稳压芯片，把输入电压转换成稳定的供电电压VCC(此处为3.3V)，稳压管VD1选用12V1W稳压管，一是保护LDO稳压芯片U6，防止输入超出范围(LDO输入最大18V)，二是吸收CT取电线圈产生的多余能量。C31、C35为储能电容，容量要足够大，满足无线发送的尖峰电流。C10、C17为滤波电容。具体地，控制芯片U1(未示出)可以选用上海复旦微的低功耗芯片FM15L023，深度睡眠电流可达0.6uA。无线芯片U3(未示出)可以选用上海磐启的2.4G芯片XN297，休眠电流2uA。
工作过程如下：当CT取电线圈的一次侧有电流流过时，CT取电线圈二次侧的输出端CT1、CT2输出对应的电压，经过整流电路B1整流，稳压芯片U6稳压后，输出3.3V，给整个无线测温电路供电。控制芯片U1和稳压芯片U6工作在休眠加定时唤醒模式，控制芯片U1在上电瞬间初始化外部引脚和内部低功耗定时器，并通过SPI接口把U6初始化后置于睡眠模式后，自身进入睡眠模式。
当控制芯片U1内部低功耗定时器定时到来后被唤醒，唤醒后利用内部ADC模块采集外部NTC热敏电阻(未示出)的电压。例如可以采集5次取平均值经过比例变换得到相应的温度值，然后通过SPI接口设置无线芯片U3为发送模式，把温度值发送出去。为保证发送成功，控制芯片U1通过SPI接口设置无线芯片U3为接收模式，当接收到主机确认后，表示发送成功，这样一次无线测温完成。然后控制芯片U1设置无线芯片U3进入睡眠模式；基于此方式进行周期循环，实现无线测温的功能。
上述电路在CT一次电流足够大时(实测大于30A)，运行情况良好。当电流比较小时，电路的工作会出现问题，例如控制芯片U1无法正常工作。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种利用CT取电的无线测温电路。
一种利用CT取电的无线测温电路，包括：CT取电线圈，用于将一次电流转换为二次电流；整流电路，用于将所述二次电流转换为直流电；稳压电路，用于稳定所述直流电的电压；控制开关(Q1)，串联在所述稳压电路的输出端与所述无线测温电路的电源端(VCC)之间；滞回比较电路，所述滞回比较电路的输入端连接所述整流电路的输出端，所述滞回比较电路的输出端连接所述控制开关的控制端，用于根据所述整流电路的输出端控制所述控制开关的导通与截止。
在一个实施例中，所述整流电路为桥式整流电路。
在一个实施例中，所述稳压电路为LDO稳压芯片。
在一个实施例中，所述控制开关为MOS管。
在一个实施例中，所述滞回比较电路采用电压检测芯片61CN2502。
在一个实施例中，所述滞回比较电路的输入端与所述整流电路的输出端之间还设有第一电阻(R8)，所述滞回比较电路的输出端和输入端之间连接有第二电阻(R9)。
在一个实施例中，所述滞回比较电路的输入端还连接有电阻分压电路。
本发明的技术方案具有以下有益技术效果：本发明基于滞回比较电路的滞回作用，在CT取电线圈的一次侧电流在较低电流时，仍然能够提供电源VCC为电路供电，保证控制芯片U1和无线芯片U3能够进入休眠模式，避免控制芯片U1和无线芯片U3无法进入休眠模式导致电能消耗过大导致电路无法正常工作。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是现有技术的一种利用CT取电的无线测温电路；
图2是根据本发明一个实施例的一种利用CT取电的无线测温电路；
图3是根据本发明一个实施例的改进形式。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是解决CT一次侧电流较小时电路无法正常工作的问题。
为了解决该问题，发明人尝试进行了大量的小电流测试，举例来说：在一次侧加5A电流，把控制芯片U1和无线芯片U3的电源断开，测试发现稳压芯片U6输出稳定的3.3V。若将控制芯片U1的电源接到3.3V，CT一次侧加5A电流，稳压芯片U6的输出缓慢上升，上升到1.8V时突然跌落到0后又缓慢上升，如此反复。对上述实验现象进行分析，怀疑程序启动的问题，用仿真器把控制芯片U1内部FLASH全部擦除，测试结果没明显变化。尝试把控制芯片U1更换为小华半导体的HC32L110B6PA，结果依旧。根据控制芯片U1和无线芯片U3的数据手册得知，它们的最小工作电压都为1.8V，判断原因为电路中的储存的能量不足以支撑控制芯片U1启动，而控制芯片U1启动不了，就无法进入睡眠模式，电流就无法降低，使得电路中储存的能量很快会耗尽，最终导致无线测温电路无法正常工作。
为了解决上述问题，本发明的主要思路是对无线测温电路进行改进，使得CT取电线圈一次侧的低电流时，避开控制芯片U1和无线芯片U3的启动门槛，以便控制芯片U1和无线芯片U3顺利地进行启动进入睡眠模式。
如图2所示，本发明实施例的一种利用CT取电的无线测温电路，通过CT取电线圈取电，通过无线方式将测量得到的温度数据发送到远端的设备(例如终端或者服务器)。无线测温电路的主体包括控制芯片U1(图2中未示出)和无线芯片U3(图2中未示出)，控制芯片U1用于对整个电路进行控制，例如控制采集温度数据，控制进入休眠和唤醒状态等。无线芯片U3用于与远端的设备进行无线通信；控制芯片U1和无线芯片U3的作用与图1中完全相同，在此不再赘述。
可以看出，图2所示的无线测温电路，在图1的基础上，增加了一个电压检测芯片U5和一个MOS管Q1。
在本实施例中，电压检测芯片U5的作用是根据整流电路B1的输出电压VCC_IN，控制MOS管Q1的导通与截止，而且电压检测芯片U5应当具有滞回特性，以克服CT取电线圈一次侧的低电流。
电压检测芯片U5的主体电路是滞回比较电路，整流电路B1的输出电压VCC_IN与所述滞回比较电路的比较输入端连接，所述滞回比较电路的比较输出端与所述MOS管Q1的控制端连接。可以通过设置所述滞回比较电路的上门限电压UH和下门限电压UL以适应整流电路B1的输出电压VCC_IN，由于整流电路B1的输出电压VCC_IN与CT取电线圈的一次侧电流正相关，因此可以通过设置所述滞回比较电路的下门限电压UL来避开CT取电线圈的一次侧低电流，提供正常的电源电压VCC为控制芯片U1和无线芯片U3供电，从而避开控制芯片U1和无线芯片U3的启动门槛。
整流电路B1的输出电压VCC_IN连接所述滞回比较电路的比较输入端，并通过所述比较输入端的电压与所述基准电压Vref(图2中未示出)的电压进行比较，以控制所述滞回比较电路的输出。当所述整流电路B1的输出电压VCC_IN小于上门限电压UH时，所述滞回比较电路控制所述MOS管Q1导通，进而使电源VCC接通为电路供电。当所述整流电路B1的输出电压VCC_IN小于下门限电压UL时，所述滞回比较电路的输出改变，从而控制所述MOS管Q1截止。
也就是说，由于电压检测芯片U5的滞回作用，在CT取电线圈的一次侧电流在较低电流时，仍然能够提供电源VCC为电路供电，保证控制芯片U1和无线芯片U3能够进入休眠模式，避免控制芯片U1和无线芯片U3无法进入休眠模式导致电能消耗过大导致电路无法正常工作。
具体地，如图2所示，在本实施例中，电压检测芯片U5选用的是2.5V NMOS输出的61CN2502，可以根据电路中储能电容值和电路负载做调整优化选择1.8V、3.0V或者3.3V。在其他实施例中，也可以选择其他类型的电压检测芯片或者电压检测电路。
电压检测芯片U5的输出直接驱动MOS管Q1，MOS管Q1的控制端与电压检测芯片U5的输入端设置一个上拉电阻R9，R9起上拉作用(或者说，电压检测芯片U5的输出端和输入端之间连接有上拉电阻R9)。由于电压检测芯片内部的滞回比较电路的两个阈值比较接近(差距只有5％)，容易引起MOS管导通瞬间电压拉低而频繁地开关，所以电压检测芯片U5的输入端与整流电路B1的输出端之间设置一个电阻R8，用于增大窗口电压。例如，电阻R8和R9阻值可以相等，5V时输出高电平，2.5V时输出低电平，形成一个2.5V的窗口，避免Q1导通瞬间电压跌落引起U5关断。
图2的工作原理包括：
CT线圈的一次侧电流经过CT取电线圈感应后经CT1、CT2接到整流桥B1的输入端，经过整流滤波后到LDO稳压芯片U6的输入端，同时经过电阻R8到电压检测芯片U5的输入端，由于稳压芯片U6的输出端连接稳压电容C31(例如，可以采用大容量的固态电容，型号2200uF/6.3V)，所以VCC_IN处电压缓慢上升，稳压电容C31不断充电。
当VCC_IN处电压达到5.1V时(由于U5内部5％滞回特性和电路中元器件的误差，5.1V稍有偏差)，此时电压检测芯片U5输出高电平，MOS管Q1导通，通过电源VCC给整个系统供电。控制芯片U1上电瞬间，初始化端口定时器和无线芯片U3后进入睡眠模式。避免长时间运行把电量耗尽进入反复启动状态。控制芯片U1和无线芯片U3进入睡眠模式后，整个电路只有很小的待机电流(若干uA)，这样控制芯片U1启动消耗的能量由CT线圈取电，为电路补充能量。定时器的定时时间到来后，控制芯片U1完成一次温度采集无线发送后继续进入睡眠模式，如此反复，整个电路完成无线测温的功能。
如图3所示，在其他实施例中，可以在滞回比较电路上游增加一个电压采集电路，例如电压采集电路可以是电阻分压电路，通过两个分压电阻采集VCC_IN处的电压。在进行设置时，可以参考U1唤醒后电压下降速度，若电压下降速度较大则说明储能电容C31储存的能量不够，此时可以将定时器的定时时间加长，让储能电容C31的充电时间延长。若VCC_IN处电压稳定则可以减少定时器的定时时间，从而可以更好地观察温度的动态变化。
在其他实施例中，所述MOS管Q1可以替换为其他类型的可控的控制开关，例如三极管或者继电器等。
应当理解，当本发明的权利要求、说明书及附图使用术语“第一”、“第二”等时，其仅是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种利用CT取电的无线测温电路，包括：
CT取电线圈，用于将一次电流转换为二次电流；
整流电路，用于将所述二次电流转换为直流电；
稳压电路，用于稳定所述直流电的电压；
控制开关(Q1)，串联在所述稳压电路的输出端与所述无线测温电路的电源端(VCC)之间；
滞回比较电路，所述滞回比较电路的输入端连接所述整流电路的输出端，所述滞回比较电路的输出端连接所述控制开关的控制端，用于根据所述整流电路的输出端控制所述控制开关的导通与截止。
2.根据权利要求1所述的一种利用CT取电的无线测温电路，其特征在于，所述整流电路为桥式整流电路。
3.根据权利要求1所述的一种利用CT取电的无线测温电路，其特征在于，所述稳压电路为LDO稳压芯片。
4.根据权利要求1所述的一种利用CT取电的无线测温电路，其特征在于，所述控制开关为MOS管。
5.根据权利要求1所述的一种利用CT取电的无线测温电路，其特征在于，所述滞回比较电路为电压检测芯片61CN2502。
6.根据权利要求5所述的一种利用CT取电的无线测温电路，其特征在于，所述滞回比较电路的输入端与所述整流电路的输出端之间还设有第一电阻(R8)，所述滞回比较电路的输出端和输入端之间连接有第二电阻(R9)。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种利用CT取电的无线测温电路，其特征在于，所述滞回比较电路的输入端还连接有电阻分压电路。
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