CN206041631U - 一种超级电容供能的永磁开关控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超级电容供能的永磁开关控制器，包括模块电源、超级电容、永磁控制单元和馈线终端装置，所述模块电源包括与交流电源相接的整流桥和接于整流桥输出端的第一稳压模块和第二稳压模块，所述超级电容接于第一稳压模块的输出端并通过二极管给永磁控制单元和馈线终端装置供电，第二稳压模块的输出端与永磁控制单元和馈线终端装置连接，所述永磁控制单元的输入端并接有电解电容。本实用新型采用超级电容作为FTU和永磁控制单元的备用电源，同时取消了传统开关控制电路中的直流升压电源，不仅降低了设备的制造和维护成本，而且避免了能源的浪费。

Description

一种超级电容供能的永磁开关控制器

技术领域

本实用新型属于控制技术领域，尤其是涉及一种超级电容供能的永磁开关控制器。

背景技术

馈线终端装置（FTU）是配电网自动化系统中的核心设备，当线路因发生故障而停电时，FTU应能可靠地上报故障信息并接受远方控制，因此FTU必须有可靠的备用工作电源。此外，在故障隔离以及恢复线路供电时，执行开关操作的永磁控制单元也需要备用电源。

目前，FTU与永磁控制单元的备用电源一般为蓄电池，图1是蓄电池为FTU和永磁控制单元供电的原理图，在有220V交流电压输入时，模块电源输出两路直流电压，一路输出24V为蓄电池充电、一路输出220V为FTU和永磁控制单元供电，由于永磁开关动作需要瞬间大功率，单独靠模块电源很难满足，此功率由电解电容C1来提供。当220V交流输入断电时，由蓄电池通过内部升压DC/DC继续为FTU和永磁控制单元供电。这种供电方案不仅电源结构复杂，制造成本高，而且蓄电池使用寿命短，需要定期维护，蓄电池的原材料还会造成环境污染。

为了克服蓄电池供电的上述缺陷，有的配电网自动化系统采用超级电容作为FTU和永磁控制单元的备用电源，供电原理如图2所示。在有220V交流输入时，模块电源一路输出24V为超级电容充电、另一路输出24V为FTU提供工作电源，并通过直流升压电源升压成直流220V，为永磁控制单元供电，电解电容C1为永磁控制单元提供瞬间功率。在交流输入断电时，由超级电容继续为FTU和永磁控制单元供电。此种供电方案同样存在电源结构复杂、制造成本高的问题，而且直流升压电源转换效率低，造成电能的浪费。此外，在该供电方案中，超级电容需要大容量的模组，这样进一步增加了设备的制造成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种超级电容供能的永磁开关控制器，在保证控制功能的同时，降低设备的制造和维护成本，减少能源的浪费。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种超级电容供能的永磁开关控制器，包括模块电源、超级电容、永磁控制单元和馈线终端装置，所述模块电源包括与交流电源相接的整流桥和分别接于整流桥输出端的第一稳压模块和第二稳压模块，所述超级电容接于第一稳压模块的输出端并通过二极管分别给永磁控制单元和馈线终端装置供电，所述第二稳压模块的输出端与所述永磁控制单元和所述馈线终端装置连接，所述永磁控制单元的输入端并接有电解电容。

进一步的，两个所述稳压模块均包括运算放大器、场效应管和七个电阻，所述场效应管的漏极经第一电阻与整流桥直流输出侧的正极连接，源极为稳压模块输出端并依次经第二电阻、第三电阻和阻值可调的第四电阻接整流桥直流输出侧的负极，所述运算放大器的正向输入端接参考电压，反相输入端经第五电阻接于第二电阻和第三电阻的串接点，输出端分别经第六电阻和第七电阻接场效应管的栅极和运算放大器的正向输入端。

进一步的，所述整流桥的直流输出端设有滤波电容，所述场效应管的源极设有储能电容。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型采用超级电容作为FTU和永磁控制单元的备用电源，同时取消了传统开关控制电路中的直流升压电源，不仅降低了设备的制造和维护成本，而且避免了能源的浪费。

附图说明

图1是蓄电池为FTU和永磁控制单元供电的原理图；

图2是现有技术中超级电容为FTU和永磁控制单元供电的原理图；

图3是本实用新型的电原理图；

图4是稳压模块的电原理图。

附图标记说明：WY1、第一稳压模块，WY2、第二稳压模块，ZQ、整流桥，D、二极管，U1、永磁控制单元，FTU、馈线终端装置，F、运算放大器，Q、场效应管，C0、滤波电容，C1、电解电容，C2、超级电容，C3、储能电容，R1～R7、第一电阻～第七电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参看图3，本实用新型主要包括模块电源（虚线框中的部分）、超级电容C2、永磁控制单元U1、馈线终端装置FTU和电解电容C1；其中，模块电源主要包括整流桥ZQ、滤波电容C0、两个稳压模块（第一稳压模块WY1和第二稳压模块WY2）和二极管D，两个稳压模块输出两路DC220V电压，第一稳压模块WY1给超级电容C2充电，超级电容C2通过二极管D给永磁控制单元U1和馈线终端装置FTU提供备用电源，第二稳压模块WY2给永磁控制单元U1和馈线终端装置FTU提供工作电源，电解电容C1为永磁控制单元U1提供瞬间功率。

参看图4，两个稳压模块结构相同，均包括运算放大器F、场效应管Q和七个电阻(R1～R7)，所述场效应管Q的漏极经第一电阻R1与整流桥（ZQ）直流输出侧的正极连接，源极为稳压模块输出端并依次经第二电阻R2、第三电阻R3和阻值可调的第四电阻R4接整流桥ZQ直流输出侧的负极，所述运算放大器F的正向输入端接参考电压，反相输入端经第五电阻R5接于第二电阻R2和第三电阻R3的串接点，输出端分别经第六电阻R6和第七电阻R7接场效应管Q的栅极和运算放大器F的正向输入端；其中，运算放大器F与第七电阻R7构成一个电压比较器，场效应管Q的源极为稳压模块的输出端，输出稳定的220V直流电压，第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4构成分压电路，用于对稳压模块的输出电压进行采样，第二电阻R2与第三电阻R3的串接点输出的采样信号与参考电压同时送到电压比较器的两个输入端，电压比较器的输出端接场效应管Q的栅极。

本实用新型的工作过程如下：

在有220V交流输入时，第一稳压模块WY1输出DC220V为超级电容C2充电，第二稳压模块WY2输出DC220V为馈线终端装置FTU提供工作电源，并为永磁控制单元U1提供电源；当220V交流输入断电时，由超级电容C2通过二极管D给馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1提供DC220V电压。由于超级电容C2容量大，相对于电解电容C1充电时间较长，若直接与馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1连接，在设备加电初期，超级电容C2两端电压很低，馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1将无法正常工作，所以模块电源采用两路输出，确保馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1在任何时候都能正常运行。

此种方案电源结构简单，不再需要直流升压电源，而且超级电容C2不需要后期维护，充放电次数可达一百万次，维护成本低。

在此方案中，开关操作时需要的瞬间大功率可以由超级电容C2提供一部分，因为超级电容C2串联后内阻较大，无法提供所需要的功率，仍然需要电解电容C1来提供一部分，所以在此方案中电解电容的容量可以减小，进一步降低设备成本。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种超级电容供能的永磁开关控制器，其特征在于：包括模块电源、超级电容（C2）、永磁控制单元（U1）和馈线终端装置（FTU），所述模块电源包括与交流电源相接的整流桥（ZQ）和接于整流桥（ZQ）输出端的第一稳压模块（WY1）和第二稳压模块（WY2），所述超级电容（C2）接于第一稳压模块（WY1）的输出端并通过二极管（D）给永磁控制单元（U1）和馈线终端装置（FTU）供电，所述第二稳压模块（WY2）的输出端与永磁控制单元（U1）和馈线终端装置（FTU）连接，所述永磁控制单元（U1）的输入端并接有电解电容（C1）。

2.根据权利要求1所述的超级电容供能的永磁开关控制器，其特征在于，两个所述稳压模块均包括运算放大器（F）、场效应管（Q）和七个电阻，所述场效应管（Q）的漏极经第一电阻（R1）与整流桥（ZQ）直流输出侧的正极连接，所述场效应管（Q）的源极为稳压模块输出端并依次经第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和阻值可调的第四电阻（R4）接整流桥（ZQ）直流输出侧的负极，所述运算放大器（F）的正向输入端接参考电压，所述运算放大器（F）的反相输入端经第五电阻（R5）接于第二电阻（R2）和第三电阻（R3）的串接点，所述运算放大器（F）的输出端分别经第六电阻（R6）和第七电阻（R7）接场效应管（Q）的栅极和运算放大器（F）的正向输入端。

3.根据权利要求2所述的超级电容供能的永磁开关控制器，其特征在于，所述整流桥（ZQ）的直流输出端设有滤波电容（C0），所述场效应管（Q）的源极设有储能电容（C3）。