CN210534306U - 一种架空线故障指示器采集单元供电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种架空线故障指示器采集单元供电电路，涉及电力设备领域，将供电电路分为主供电模块、超级电容供电模块和后备电池供电模块，采集单元电流互感器输出端的电能经整流后一部分用于稳压输出给主控回路供电，另一部分用于超级电容充电，当外部线路失电时，主供电模块停止工作，超级电容供电模块开始启动，若线路失电时间比较长，超级电容放电完毕后，后备电池供电模块进行供电，保证失电期间采集单元正常工作，直至线路来电自动切换回主回路供电模式。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备领域，具体的说是一种架空线故障指示器采集单元供电电路。
背景技术
故障指示器采集单元安装于架空线上，主要用于采集线路电流、电场等参数用于线路接地及短路故障判断，若线路发生故障且同时会发送故障信息。采集单元电源主要依靠线路感应取电，当线路停电时，需要通过自身超级电容存储电量和后备锂电池供电。采集单元供电的可靠性，直接决定数据是否能正常发送，进而会影响接地及短路故障的判断。
目前故障指示器采集单元存在以下不足：
1、由于设计原理的问题不能实现不同电源的快速切换。
2、超级电容充放电不能进行有效的控制。
发明内容
为解决上述存在的技术问题，本实用新型提供了一种架空线故障指示器采集单元供电电路，采用三种供电方式自动切换，保证故障指示器采集单元供电的安全性和不间断性，确保连续稳定工作。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：
一种架空线故障指示器采集单元供电电路，包含有主供电模块、超级电容供电模块和后备电池供电模块，
所述主供电模块由电流互感器电流输出端、过压保护电路、整流滤波电路、稳压电路顺次连接，输出5V电压，再经降压稳压电路后输出3.3V电压为主控芯片供电；
所述超级电容供电模块主要由高电压阈值监控芯片、低电压阈值监控芯片、充电控制电路、超级电容、升压稳压电路顺次连接，输出端连接主供电模块的5V电压输入端，所述超级电容连接CPU电压采样电路进行电压实时检测，通过过充保护电路连接充电控制电路实现过充保护，所述高电压阈值监控芯片、低电压阈值监控芯片分别与主供电模块的整流滤波电路的输出端连接，用于监控主供电回路的电压异常，所述超级电容的充电控制电路检测到电流互感器电流输出端电压高于4.7V，超级电容开始充电，电压低于4.0V则自动关闭充电，充电的同时切换为超级电容供电模式；
所述后备电池供电模块主要由3.6V备用锂电池输出3.6V电压，经自动投切电路与主供电模块的5V电压输入端连接，所述3.6V备用锂电池连接CPU电压采样电路一，线路失电且超级电容电压低于3.6V时自动切换为后备电池供电模式。
所述主供电模块的过压保护电路采用双向可控硅和双向瞬态抑制二极管。
所述升压稳压电路和降压稳压电路主要由升压稳压芯片和降压稳压芯片构成，所述升压稳压芯片采用TLV61220芯片。
本实用新型结构简单，将供电电路分为主供电模块、超级电容供电模块和后备电池供电模块，采集单元电流互感器输出端的电能经整流后一部分用于稳压输出给主控回路供电，另一部分用于超级电容充电，当外部线路失电时，主供电模块停止工作，超级电容供电模块开始启动，若线路失电时间比较长，超级电容放电完毕后，后备电池供电模块进行供电，保证失电期间采集单元正常工作，直至线路来电自动切换回主回路供电模式；通过设计电压采样电路，能够实时上传电源状态信息，根据电压情况进行自动切换供电模式；过压保护电路采用双向可控硅和双向瞬态抑制二极管，有效保护后部器件；通过高低双阈值电压监控对超级电容进行过充保护，确保超级电容在电压区间内正常工作；采用电压升压稳压的方式，确保在超级电容低电压的情况下能够输出正常的所需电压为主控芯片供电。
附图说明
图1为本实用新型功能模块图；
图2为本实用新型电源控制流程图；
图3为本实用新型主供电模块电路原理图；
图4为本实用新型超级电容充放电控制电路原理图；
图5为本实用新型5V输出电压转3.3V输出电压电路原理图；
图6为本实用新型超级电容供电电路原理图；
图7为本实用新型后备电池供电模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述：
如图1-7所示， 一种架空线故障指示器采集单元供电电路，包含有主供电模块、超级电容供电模块和后备电池供电模块，
所述主供电模块由电流互感器电流输出端11、过压保护电路12、整流滤波电路13、稳压电路14顺次连接，输出5V电压，再经降压稳压电路15后输出3.3V电压为主控芯片供电；
所述超级电容供电模块主要由高电压阈值监控芯片21、低电压阈值监控芯片22、充电控制电路23、超级电容24、升压稳压电路25顺次连接，输出端连接主供电模块的5V电压输入端，所述超级电容24连接CPU电压采样电路26进行电压实时检测，通过过充保护电路27连接充电控制电路23实现过充保护，所述高电压阈值监控芯片21、低电压阈值监控芯片22分别与主供电模块的整流滤波电路13的输出端连接，用于监控主供电回路的电压异常，所述超级电容24的充电控制电路23检测到电流互感器电流输出端11电压高于4.7V，超级电容24开始充电，电压低于4.0V则自动关闭充电，充电的同时切换为超级电容供电模式；
所述后备电池供电模块主要由3.6V备用锂电池31输出3.6V电压，经自动投切电路32与主供电模块的5V电压输入端连接，所述3.6V备用锂电池31连接CPU电压采样电路一33，线路失电且超级电容电压低于3.6V时，自动切换为后备电池供电模式。
作为优选的方式，所述主供电模块的过压保护电路12采用双向可控硅和双向瞬态抑制二极管，确保当过压时，TVS导通出发双向可控硅导通，输入短路保护后部器件。采用4.7V和4.0V TI进口高可靠电压监控芯片作为高电压阈值监控芯片21和低电压阈值监控芯片22。
作为优选的方式，所述升压稳压电路15和降压稳压电路25主要由升压稳压芯片和降压稳压芯片构成，5V转3.3V采用降压稳压芯片，超级电容24电压转5V采用升压稳压芯片。所述升压稳压芯片采用TLV61220芯片，确保在超级电容24低电压的情况下能够输出正常的所需电压，如图6所示，通过调整电阻R55、R56、R57阻值大小可以得到稳定的输出电压。
下面具体分析图4中的超级电容充放电控制电路，以了解本方案的具体实施过程。
所述的超级电容充放电控制电路，U1、U3为4.7V高电压阈值监控芯片、U2为4.0V低电压阈值监控芯片。当供电输入电压大于4.7V时，高电压阈值监控芯片U1的1脚输出高电平，三极管N5导通，三极管N1基极电压拉低后发射极与集电极导通。三极管N1导通后，PNP三极管N2导通，此时超级电容C1充电启动。
当供电输入电压在4.0-4.7V之间时，低电压阈值监控芯片U2的1脚输出高电平，三极管N3导通，同时三极管N1基极电压拉低后导通。只要输入电压范围在4.0-4.7V内，低电压阈值监控芯片U2即可满足高电平输出，三极管N1保持导通，超级电容C1充电可以持续进行。
当供电输入电压低于4.0V时，低电压阈值监控芯片U2无高电平输出，三极管N3截止，导致三极管N1截止，即充电回路无电源输入，充电工作停止。
当超级电容电压高于4.7V时，高电压阈值监控芯片U3的1脚输出高电平，三极管N4基极电压升高，集电极和发射极导通，电阻R41产生压降将PNP三极管N6基极电压拉低，PNP三极管N6导通,进而造成三极管N2发射极与基极电压差降低，三极管N2截止，导致超级电容C1充电关闭。
整个供电电路过程为：当线路上有电时，主回路供电电路工作，即电流互感器电流输出端输出电压经整流稳压后，得到5V电压供系统使用，由于主控芯片电压为3.3V，又经降压稳压电路得到3.3V电压为主控芯片供电。三种供电方式产生的电压到此都要经降压稳压电路得到所需的3.3V电压。
超级电容充放电控制电路的高电压阈值检测芯片检测到电流互感器整流输出电压大于4.7V时，超级电容充电启动。同时，超级电容电压逐渐升高，并升压稳压输出5V电压供系统使用。当超级电容自身电压超过4.7V时，超级电容充电关闭，以保护电容。当在充电的过程中，由于线路电流过小导致外部输入电压低于4.0V时，低电压阈值监控芯片检测到，超级电容充电自动关闭，确保为主回路供电正常工作。
当线路失电且超级电容供电电压低于3.6V时，后备3.6V锂电池开始工作，以维持系统的正常运行。当线路来电时，主供电模块又开始循环工作。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种架空线故障指示器采集单元供电电路，其特征在于，包含有主供电模块、超级电容供电模块和后备电池供电模块，
所述主供电模块由电流互感器电流输出端（11）、过压保护电路（12）、整流滤波电路（13）、稳压电路（14）顺次连接，输出5V电压，再经降压稳压电路（15）后输出3.3V电压为主控芯片供电；
所述超级电容供电模块主要由高电压阈值监控芯片（21）、低电压阈值监控芯片（22）、充电控制电路（23）、超级电容（24）、升压稳压电路（25）顺次连接，输出端连接主供电模块的5V电压输入端，所述超级电容（24）连接CPU电压采样电路（26）进行电压实时检测，通过过充保护电路（27）连接充电控制电路（23）实现过充保护，所述高电压阈值监控芯片（21）、低电压阈值监控芯片（22）分别与主供电模块的整流滤波电路（13）的输出端连接，用于监控主供电回路的电压异常，所述超级电容（24）的充电控制电路（23）检测到电流互感器电流输出端（11）电压高于4.7V，超级电容（24）开始充电，电压低于4.0V则自动关闭充电，充电的同时切换为超级电容供电模式；
所述后备电池供电模块主要由3.6V备用锂电池（31）输出3.6V电压，经自动投切电路（32）与主供电模块的5V电压输入端连接，所述3.6V备用锂电池（31）连接CPU电压采样电路一（33），线路失电且超级电容电压低于3.6V时，自动切换为后备电池供电模式。
2.根据权利要求1所述的一种架空线故障指示器采集单元供电电路，其特征在于，所述主供电模块的过压保护电路（12）采用双向可控硅和双向瞬态抑制二极管。
3.根据权利要求1所述的一种架空线故障指示器采集单元供电电路，其特征在于，所述升压稳压电路（25）和降压稳压电路（15）主要由升压稳压芯片和降压稳压芯片构成，所述升压稳压芯片采用TLV61220芯片。
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| CN201921421438.1U CN210534306U (zh) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | 一种架空线故障指示器采集单元供电电路 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112701796A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-23 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于ct取能的故障指示器电源管理电路 |
| CN113091888A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-07-09 | 西安交通大学 | 一种面向输电线路的自供能振动监测系统 |
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2019
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