CN203339816U

CN203339816U - 一种感应取电的电源管理系统

Info

Publication number: CN203339816U
Application number: CN2013204046541U
Authority: CN
Inventors: 刁慕檩
Original assignee: SHANGHAI JUDIAN ELECTRIC EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: Shanghai Mnai Energy Co ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-07-09

Abstract

本实用新型公开了一种感应取电的电源管理系统，其包括：一感应取电线圈；一整流滤波模块，其与所述感应取电线圈连接；一DC/DC模块，其与所述整流滤波模块连接；一电压检测模块，其与所述整流滤波模块连接；一电源管理模块，其与所述DC/DC模块和电压检测模块分别连接，所述电源管理模块具有一用于连接负载的输出端；一具有可充电元件的充放电模块，其与所述电源管理模块连接；所述电源管理模块根据接收自电压检测模块传输的电压值，控制充放电模块进行充放电，以从输出端输出一稳定功率的电流。本实用新型提供的感应取电的电源管理系统在一次电流大范围变化时仍能保持正常工作。

Description

一种感应取电的电源管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种感应取电装置，尤其涉及一种感应取电装置的电源管理系统。

背景技术

随着电力技术的发展，工作在输电线路尤其是高压输电线路附近的用电设备越来越多，如高压线路污秽在线监测设备、高压线路远程监测设备等等。这些设备工作时，由于运行在输电线路尤其是高压输电线路附近，通常无法使用低压电网的电源，因此其电源供给是要解决的关键问题之一。

感应取电电源是一种利用电磁感应原理从一次电力设备上直接获取电能的装置，可为在输电线路尤其是高压输电线路附近的用电设备提供工作电源。由于感应取电电源具有体积小、结构紧凑、绝缘封装简单以及使用安全等优点，被称之为输电线路尤其是高压输电线路上最有应用前景的取电方式。

通常，感应取电电源被设计在一次电流的某一个范围内工作，一旦一次电流超出该范围，感应取电电源则停止工作。然而，在一些一次电流超出所述范围的特殊应用场合，如线路故障电流采集、负荷低谷时导线张力、倾角测量等，恰恰需要感应取电电源能正常工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种感应取电的电源管理系统，其在一次电流大范围变化时能保持正常工作。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种感应取电的电源管理系统，其包括：

一感应取电线圈，其感应输出交流电；

一整流滤波模块，其与所述感应取电线圈连接，以将感应取电线圈输出的交流电转换为直流电；

一DC/DC模块，其与所述整流滤波模块连接；

一电压检测模块，其与所述整流滤波模块连接，以检测整流滤波模块输出的直流电电压值；

一电源管理模块，其与所述DC/DC模块和电压检测模块分别连接，所述电源管理模块具有一用于连接负载的输出端；

一具有可充电元件的充放电模块，其与所述电源管理模块连接；

所述电源管理模块根据接收自电压检测模块传输的电压值，控制充放电模块进行充放电，以从输出端输出一稳定功率的电流，为负载供电。

在上述感应取电的电源管理系统中，感应取电线圈从一次电力设备上感应输出交流电，经整流滤波模块把交流电压变换成直流电压，再经DC/DC模块将直流电压变换为稳压输出；电压检测模块检测输入到DC/DC模块的电压值；电源管理模块根据电压检测模块测得的电压值的大小，控制充放电模块进行充放电，当测得的电压值过大，控制充放电模块进行充电，通过控制充电电流的大小控制可充电元件和负载的功率分配，当测得的电压值过小，控制充放电模块进行放电，以为负载提供稳定的功率输出。

进一步地，本实用新型所述的感应取电线圈与整流滤波模块之间还连接有一过压保护电路。

更进一步地，本实用新型所述的过压保护电路包括：放电管、电位器、电阻、双向触发二极管、双向可控硅、第一电容和第二电容，其中电位器与第一电容串联后与放电管并联，电阻一端连接于电位器与第一电容之间，另一端与双向触发二极管的一端连接，双向触发二极管的另一端与双向可控硅的控制极连接，双向可控硅的两个主端子分别与放电管的两端连接，第二电容的一端连接于电阻和双向触发二极管之间，另一端与放电管连接。

在上述感应取电的电源管理系统中，过压保护电路具有保护功能及功率输出控制功能。放电管防止一次电力设备发生雷击、短路或产生高感应电流和感应电压对后级电路产生破坏；在一次电力设备电流过大时，双向可控硅导通，滤除感应取电线圈副边电压的过高的尖锋，降低感应取电线圈副边输出电压，保护后级电路；通过控制电位器的大小，来控制双向触发二极管的导通，从而控制双向可控硅的导通，以控制感应取电线圈副边的电流大小；当一次电力设备电流很大时，由于双向可控硅的导通角也增大，从而增大感应取电线圈的副边电流，减小相角θ，从而降低感应取电线圈的铁芯的输出功率，以将输出功率限制在较小的范围内。由此可见，在一次电力设备电流较大时，铁芯输出功率会被降低，所以铁芯不会发生严重发热的问题。

进一步地，本实用新型所述的电源管理模块包括单片机，所述单片机设置为输出占空比可变的PWM波，所述充放电模块包括与可充电元件连接的PWM波调节开关，以根据电源管理模块输出的PWM波控制充电电流的大小。

优选地，本实用新型所述的单片机为F320单片机。

优选地，本实用新型所述的充放电模块的可充电元件为锂电池组。

进一步地，本实用新型所述的整流滤波模块包括整流电路和滤波电路，其中所述整流电路包括整流桥以及与整流桥连接的瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阳极接地。

整流滤波模块的作用是将过压保护电路输出的交流电压变换为直流电压。整流电路包括整流桥以及瞬态抑制二极管，其中整流桥用以把交流电压变为直流电压，瞬态抑制二极管的作用是把输出电压钳制在一定电压以内，防止输出电压过高，烧坏DC/DC模块。滤波电路连在整流电路之后，其作用是减少整流桥输出电压的波纹以及滤除高频尖峰。

更进一步地，本实用新型所述的滤波电路包括若干个并联连接的电解电容。

更进一步地，本实用新型所述的滤波电路包括三个并联连接的电解电容和一个电容。

本实用新型所述的感应取电的电源管理系统，在一次电力设备电流较大时，其能将输出功率限制在较小的范围内，且铁芯不会发生严重发热的问题；当一次电力设备的电流大范围变化时，其电源管理模块能根据电压检测模块测得的电压值的大小，控制充放电模块进行充放电，从而提供负载稳定的功率输出。因此，当一次电力设备的电流大范围变化时，本实用新型所述的感应取电的电源管理系统仍能保持正常工作，并且能为负载提供稳定的功率输出。

附图说明

图1为本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的结构示意图。

图2为本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的过压保护电路的结构示意图。

图3为本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的整流滤波模块的结构示意图。

图4为本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的DC/DC模块和电压检测模块的结构示意图。

图5为本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的充放电模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的感应取电的电源管理系统做进一步的解释和说明。

图1显示了本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的电路结构。如图1所示，该感应取电的电源管理系统包括：感应取电线圈1，其从高压输电线8感应输出交流电；过压保护电路2，其与感应取电线圈1连接，具有过压保护功能及功率输出控制功能；整流滤波模块3，其与过压保护电路2连接，以将过压保护电路2输出的交流电转换为直流电；DC/DC模块4，其与整流滤波模块3连接；电压检测模块5，其与整流滤波模块3连接，以检测整流滤波模块3输出的直流电电压值；电源管理模块6，其与DC/DC模块4和电压检测模块5分别连接，电源管理模块6具有一输出端用于连接负载9；具有锂电池组的充放电模块7，其与电源管理模块6连接；电源管理模块6根据接收自电压检测模块5传输的电压值，控制充放电模块7进行充放电，以从其输出端为负载9提供稳定的功率输出。电源管理模块6包括F320单片机，其可以输出占空比可变的PWM波，充放电模块7包括与锂电池组连接的PWM波调节开关，以根据电源管理模块6输出的PWM波控制充电电流的大小。

在上述感应取电的电源管理系统中，感应取电线圈1从高压输电线8上感应输出交流电，经整流滤波模块3把交流电压变换成直流电压，再经DC/DC模块4将直流电压变换为稳压输出；电压检测模块5检测输入到DC/DC模块4的电压值；电源管理模块6根据电压检测模块5测得的电压值的大小，控制充放电模块7进行充放电，当测得的电压值过大，控制充放电模块7进行充电，通过控制充电电流的大小控制锂电池组和负载9的功率分配，当测得的电压值过小，控制充放电模块7进行放电，以为负载9提供稳定的功率输出。在高压输电线8空载时，高压输电线8上电流过小，提供不了负载功率，此时电源管理模块6的单片机将断开充电开关，锂电池组将对负载9供电，直至锂电池组电量供应不足或高压输电线8可以提供足够功率。当高压输电线8电流足够大，提供的功率大于负载9需求功率时，单片机检测锂电池组电压，若锂电池组可以充电，则闭合充电开关，并缓慢增大PWM占空比，即增大充电电流，直至输出功率刚好满足负载9需求。

图2显示了本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的过压保护电路的电路结构。如图2所示，该过压保护电路包括：放电管D1(2RM150-M)、电位器U1(10kΩ)、电阻R1（1kΩ）、双向触发二极管D2（DB3）、双向可控硅Q1（BTA40）、第一电容C1（0.22μF/630V）和第二电容C2（1μF/100V），其中电位器U1与第一电容C1串联后与放电管D1并联，电阻R1一端连接于电位器U1与第一电容C1之间，另一端与双向触发二极管D2的一端连接，双向触发二极管D2的另一端与双向可控硅Q1的控制极连接，双向可控硅Q1的两个主端子分别与放电管D1的两端连接，第二电容C2的一端连接于电阻R1和双向触发二极管D2之间，另一端与放电管D1连接。

图3显示了本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的整流滤波模块的电路结构。如图3所示，该整流滤波模块包括整流电路和滤波电路，其中整流电路包括整流桥U2以及与整流桥U2连接的瞬态抑制二极管D5（TSMC，60A），该瞬态抑制二极管D5的阳极接地；滤波电路包括三个并联连接的电解电容E1(100μF/100V/105°)、E2(100μF/100V/105°)、E3(100μF/100V/105°)和一个电容C4（0.1μF/100V），电解电容的正极接瞬态抑制二极管D5的正极，电解电容的负极接地。

图4显示了本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的DC/DC模块和电压检测模块的电路结构。如图4所示，该DC/DC模块包括型号为LM5576的芯片U3，电阻R5(11kΩ)、R6（10/1W）、R7(5.6kΩ)、R12(51kΩ)及R15(1kΩ)，电容C5（680pF/100V）、C6（10μF）、C7（0.022μF/100V）、C8（330pF/100V）、C9（10μF）、C11（0.01μF/100V）、C12（0.01μF）、C13（33pF）及电解电容E4（220μF/25V），还包括电感L1（100μH/5A），二极管D6（SS32）和二极管D7（SS32），二极管D7的负极连接输出端。LM5576的芯片U3的3脚和4脚为该DC/DC模块的电压输入端，12脚为该DC/DC模块的电压输出端。前置的电压检测电路包括电容C10（0.1μF/100V）、电阻R4(10kΩ)和R11(10kΩ)，用以检测输入到芯片U3的电压；其VoltIn端接电源管理模块中单片机的端口，进行AD转换；其中基准电压Vref由电源管理模块中的单片机内部产生，通过选取R4和R11的比例关系，使得CPU采集的电压值在合理的范围之内，经过CPU运算，这样便可得到输入到芯片U3的电压值。

图5显示了本实用新型所述的感应取电的电源管理系统在一种实施方式下的充放电模块的电路结构。如图5所示，该充放电模块包括两个MOSFET管Q3（NTR4101PT1G），三极管Q4（C9013），电阻R23(100kΩ)、R24(20kΩ)、R25(10kΩ)、R26(2kΩ)、R13(100Ω)、R14(10kΩ)及R16(5.6kΩ)，电容C19（0.01μF）、C20（0.1μF），二极管D8（1N4148）、D9（1N4148）、D10（TSMB6.0A）及保险丝FU1（SMD1812P110TS），各电路元件连接关系如图中所示，其中DC/DC模块输出的直流电流从P处进入该充放电模块，二极管D10的负极连接负载J，三极管Q4及MOSFET管Q3组成PWM波调节开关电路，BATT_ChgEN端接单片机PWM波的输出端，利用单片机输出占空比可变的PWM波可以对三极管Q4的导通、关闭时间进行控制，进而控制MOSFET管Q3的导通、关闭时间，从而控制充放电电流的大小；R13、D8和D9组成涓流充电电路，可在锂电池组不宜大电流充电时，对其进行涓流充电；该充放电模块前置有R23、R24和C19组成的锂电池组电压检测电路，用以实时检测锂电池组电压，由于正在充电的锂电池组电压有浮高的现象，为了减小误差，在测量时首先要关掉PWM波调节开关，然后再进行多次测量求取平均值；该充放电模块还后置有R16、R26和C20组成的输出电压检测电路，用以实时检测输出到负载的电压；VoltOut端和BATT_VoltMSR端分别接单片机的AD转换器的端口进行模数转换，电源管理模块中的单片机接收上述数据，经过计算后对电池充放电开关进行控制。

要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种感应取电的电源管理系统，其特征在于，包括：

一感应取电线圈，其感应输出交流电；

一DC/DC模块，其与所述整流滤波模块连接；

所述电源管理模块根据接收自电压检测模块传输的电压值，控制充放电模块进行充放电，以从输出端输出一稳定功率的电流。

2.如权利要求1所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述感应取电线圈与整流滤波模块之间还连接有一过压保护电路。

3.如权利要求2所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述过压保护电路包括：放电管（D1）、电位器（U1）、电阻（R1）、双向触发二极管（D2）、双向可控硅（Q1）、第一电容（C1）和第二电容（C2），其中电位器（U1）与第一电容（C1）串联后与放电管（D1）并联，电阻（R1）一端连接于电位器（U1）与第一电容（C1）之间，另一端与双向触发二极管（D2）的一端连接，双向触发二极管（D2）的另一端与双向可控硅（Q1）的控制极连接，双向可控硅（Q1）的两个主端子分别与放电管（D1）的两端连接，第二电容（C2）的一端连接于电阻（R1）和双向触发二极管（D2）之间，另一端与放电管（D1）连接。

4.如权利要求1所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理模块包括单片机，所述单片机设置为输出占空比可变的PWM波，所述充放电模块包括与可充电元件连接的PWM波调节开关，以根据电源管理模块输出的PWM波控制充电电流的大小。

5.如权利要求4所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述单片机为F320单片机。

6.如权利要求1所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述充放电模块的可充电元件为锂电池组。

7.如权利要求1所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述整流滤波模块包括整流电路和滤波电路，其中所述整流电路包括整流桥（U2）以及与整流桥连接的瞬态抑制二极管（D5），所述瞬态抑制二极管（D5）的阳极接地。

8.如权利要求7所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述滤波电路包括若干个并联连接的电解电容。

9.如权利要求8所述的感应取电的电源管理系统，其特征在于，所述滤波电路包括三个并联连接的电解电容和一个电容（C4）。