CN216356486U - 一种高压侧监测辅助电源及高压侧监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压侧监测辅助电源及高压侧监测系统，包括：高频电源、电能传送单元和电能输出单元；所述高频电源与电能传送单元连接，高频电源通过电能传送单元将电能输送至电能输出单元；从电源结构和电能传送结构上对现有的高压侧监测电源进行改进，使用高频电源来提供稳定的工作电源，通过特殊的电能传送结构解决高低压侧信号的隔离和电磁兼容问题。

Description

一种高压侧监测辅助电源及高压侧监测系统

技术领域

本实用新型涉及高压监测技术领域，具体涉及一种高压侧监测辅助电源及高压侧监测系统。

背景技术

近年来，随着智能电网概念的不断深化及其技术的不断发展，数字化检测技术的应用已日益普遍，特别是高压监测系统中，部分数字化监测设备已经实现了产业化，如温升监测装置、高压断路器状态监测装置和电能质量监测装置等。

在这些监测系统的实现过程中必须解决的一个重要问题是高压侧数字信号处理的工作电源设计，目前的工作电源从高压侧取能，在空载小电流条件下可能功能不足，在检测过程中高低压侧信号不能很好隔离，存在电磁兼容问题，且设计复杂，在检测过程中工作电源不稳定，导致检测不准确，更甚的还存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：传统的工作电源在检测使用过程中高低压侧信号不能很好隔离，存在电磁兼容问题，且供电不稳定导致检测不准确；本实用新型目的在于提供一种高压侧监测辅助电源及高压侧监测系统，以解决上述技术问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

本方案提供一种高压侧监测辅助电源，包括：高频电源、电能传送单元和电能输出单元；

所述高频电源与电能传送单元连接，高频电源通过电能传送单元将电能输送至电能输出单元。

进一步优化方案为，所述电能传送单元包括：电能发送端、电能接收端和电能传输通路；

所述高频电源连接电能发送端，所述电能输出单元连接电能接收端，电能发送端和电能接收端分别与电能传输通路直接接触。

本方案工作原理：传统的工作电源从高压侧取能，检测过程中高低压侧信号不能很好隔离，存在电磁兼容问题，在检测过程中工作电源不稳定，导致检测不准确；本实用新型目的在于提供一种高压侧监测电源及系统，从电源结构和电能传送结构上对现有的高压侧监测电源进行改进，使用高频电源来提供稳定的工作电源，通过特殊的电能传送结构解决高低压侧信号的隔离和电磁兼容问题。

进一步优化方案为，所述电能传输通路包括具有导磁功能的绝缘棒，所述绝缘棒设置在电能发送端和电能接收端之间。

进一步优化方案为，所述绝缘棒的磁导率高于空气的磁导率。

进一步优化方案为，所述电能传输通路还包括第一磁芯和第二磁芯，高频电源的输出导线缠绕在第一磁芯上，电能输出单元的输入导线缠绕在第二磁芯上，绝缘棒拼接在第一磁芯和第二磁芯中间。

本方案的电能传送单元并不是无接触的，电能发送端和电能接收端分别与电能传输通路直接接触，电能传输通路使用一种特制的、具有一定磁导率的绝缘棒，由于绝缘棒的磁导率要高于空气的磁导率，在第一磁芯处产生聚磁效应，有效避免全部磁通扩散到空气中，增强第二磁芯的磁通密度，从而可以提高结构的传输效率，该结构可以实现高低压侧信号的完全隔离，并且保证一定传输效率的同时有效解决检测中的电磁兼容问题。

进一步优化方案为，所述高频电源的电路结构为：

电阻R₁一端连接直流输入端正极，电阻R₁另一端连接稳压管D₁的正极，稳压管D₁的负极接地；分压电阻R_in一端连接直流输入端正极,电阻R₁另一端连接变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁；

稳压管D₆的负极连接至电容C_in与电阻R₃之间，同时电容C_in与电阻R₃之间引出一条通路至变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁；

单向可控硅S₁的g接口连接稳压管D₆的正极，单向可控硅S₁的k接口连接稳压管D₁的负极；单向可控硅S₁的a接口连接变压器T₁的副边绕组的第二端口t₃₂；电容C₂一端连接稳压管D₁的负极，电容C₂另一端连接稳压管D₆的正极，电阻R₃并联在电容C₂两侧；

电阻R₄一端连接芯片UC1843的VFB端口，电阻R₄另一端连接整流管D₈的负极，芯片UC1843的VCC端口连接整流管D₈的负极，芯片UC1843的GAND端口连接单向可控硅S₁的a接口,芯片UC1843的RT/CT端口经电容C_CT连接单向可控硅S₁的a接口，芯片UC1843的VREF端口经电容C₅连接单向可控硅S₁的a接口，电阻R_RT一端连接在芯片UC1843的VREF端口和RT/CT端口之间；电阻R₅一端连接芯片UC1843的VFB端口，电阻R₅另一端与电阻R₈串联后连接至单向可控硅S₁的a接口；电阻R₇一端连接在电阻R₅和电阻R₈之间，电阻R₇另一端连接在芯片UC1843的COMP端口；电阻R₆一端连接在电阻R₅和电阻R₈之间，电阻R₆另一端串联电容C₃后连接在芯片UC1843的COMP端口；

电阻R₁₀一端连接芯片UC1843的OUT/PUT端口，电阻R₁₀另一端串联电阻R₁₂后连接单向可控硅S₁的a接口，同时电阻R₁₀另一端还连接至场效应管M₁的栅极，场效应管M₁的源极连接电阻R_S后连接至单向可控硅S₁的a接口；芯片UC1843的ISE/NSE端口连接电阻R₁₁后连接至场效应管M₁的源极，场效应管M₁的漏极连接变压器T₁的第一原边绕组的第二端口t₁₂；二极管D₁₀正极连接场效应管M₁的源极，二极管D₁₀负极连接场效应管M₁的漏极；

电容C₁₁一端连接变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁，电容C₁₁另一端连接二极管D₁₁的负极，电阻R₁₁并联在电容C₁₁两侧，二极管D₁₁的正极连接变压器T₁的第一原边绕组的第二端口t₁₂；

电容C_in一端连接稳压管D₁的负极,电容C_in另一端连接电阻R₁₃，电阻R₁₃连接整流管D₈的负极，整流管D₈的正极连接变压器T₁的副边绕组的第一端口t₃₁；

电容C₈负极连接在变压器T₁的第二原边绕组的第一端口t₂₁，二极管D₉的正极连接在变压器T₁的第二原边绕组的第二端口t₂₂，电容C₈正极连接在二极管D₉的负极，电容C₇并联在电容C₈两侧，变压器T₁的第二原边绕组的第一端口t₂₁接地；

外接端口VR₁的V_in端口连接二极管D₉的负极，外接端口VR₁的GND端口接地；

电容C₈负极连接外接端口VR₁的GND端口，电容C₈正极连接外接端口VR₁的V_out端口，电容C₁₀并联在电容C₈两侧；输出电压取电容C₁₀两端电压。

首先利用电阻R₁和稳压管D₁进行分压，将辅助电源悬浮于大地电位，然后再利用电阻R_in和稳压管D₆进行分压降低辅助电源承受的电压值。由于芯片UC1843可采用低电流供电，故利用电阻R₂和电阻R₃限流，将小电流输入到芯片UC1843的VCC端口，为芯片UC1843提供启动电压，同时为储能电容C_in充电；当电容C_in上的电压存储到一定值时，电阻R₃和电容C₂上存储的能量达到单向可控硅S₁的导通电压值的大小时，此时S₁就会形成通路；电流经分压电阻R_in，变压器T₁，场效应管M₁和采样电阻R_S构成回路，芯片UC1843开始工作。芯片UC1843由RT/CT端口外接电阻R_RT和电容C_CT，通过对其参数改变，来对芯片振荡频率进行调节，最高振荡频率可达500kHz。经OUT/PUT端口为场效应管M₁输出控制信号，当控制信号为高电平时，M₁导通。此时变压器第一原边绕组上流过电流，在副边绕组形成相应频率的方波电压。该电压通过整流管D₈和滤波电容C₆输出直流电信号，与VCC端口相连为芯片UC1843供电，从而使芯片UC1843进入电压供电的正常模式；

为了使芯片UC1843供电电压稳定，根据所选择的芯片UC1843供电电压，通过电阻R₄、R₅和R₈构成的电阻分压器将电压的反馈信号经电压反馈管脚输入到芯片UC1843内部误差比较放大器，并通过电阻R₇反馈，芯片UC1843根据反馈电压信号和基准信号的比较，对信号输出管脚输出驱动信号的占空比进行调节，使芯片UC1843的电源电压稳定在所设定值上。为了防止过流，利用UC1843的电流取样管脚进行电流反馈，对通过绕组的电流进行限制，根据UC1843的工作原理，当采样电阻R_S上的电压高于1V时，UC1843停止工作。此外，为了向其他测控单元进行供电，通过添加第二原边绕组t₂₁、t₂₂经过整流得到所需直流电压。

进一步优化方案为，所述场效应管M₁为IPW65R070C6型MOSFET管。

进一步优化方案为，所述输入端正极为直流400V。

进一步优化方案为，所述电能输出单元包括：直流转换器和交流转换器。

本方案还提供一种高压侧监测系统，包括上述高压侧监测电源。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型提供一种高压侧监测辅助电源及高压侧监测系统，从电源结构和电能传送结构上对现有的高压侧监测电源进行改进，使用高频电源来提供稳定的工作电源，电能传输通路使用一种特制的、具有一定磁导率的绝缘棒，由于绝缘棒的磁导率要高于空气的磁导率，在第一磁芯处产生聚磁效应，有效避免全部磁通扩散到空气中，增强第二磁芯的磁通密度，从而可以提高结构的传输效率，该结构可以实现高低压侧信号的完全隔离，并且保证一定传输效率的同时有效解决检测中的电磁兼容问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为高压侧监测电源结构示意图；

图2为电能传送单元结构图；

图3为高频电源的电路拓扑图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-绝缘棒，2-第一磁芯，3-第二磁芯。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例提供一种高压侧监测辅助电源，如图1所示，包括：高频电源、电能传送单元和电能输出单元；

所述高频电源与电能传送单元连接，高频电源通过电能传送单元将电能输送至电能输出单元。

所述电能传送单元包括：电能发送端、电能接收端和电能传输通路；

如图2所示，所述高频电源连接电能发送端，所述电能输出单元连接电能接收端，电能发送端和电能接收端分别与电能传输通路直接接触。

所述电能传输通路包括具有导磁功能的绝缘棒1，所述绝缘棒1设置在电能发送端和电能接收端之间。

所述绝缘棒的磁导率高于空气的磁导率。

所述电能传输通路还包括第一磁芯2和第二磁芯3，高频电源的输出导线缠绕在第一磁芯2上，电能输出单元的输入导线缠绕在第二磁芯3上，绝缘棒拼接在第一磁芯2和第二磁芯3中间。

如图3所示，所述高频电源的电路结构为：

电阻R₁一端连接直流输入端正极，电阻R₁另一端连接二极管D₁的正极，稳压管D₁的负极接地；分压电阻R_in一端连接直流输入端正极,电阻R₁另一端连接变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁；

稳压管D₆的负极连接至电容C_in与电阻R₃之间，同时电容C_in与电阻R₃之间引出一条通路至变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁；

单向可控硅S₁的g接口连接稳压管D₆的正极，单向可控硅S₁的k接口连接稳压管D₁的负极；单向可控硅S₁的a接口连接变压器T₁的副边绕组的第二端口t₃₂；电容C₂一端连接稳压管D₁的负极，电容C₂另一端连接稳压管D₆的正极，电阻R₃并联在电容C₂两侧；

电阻R₄一端连接芯片UC1843的VFB端口，电阻R₄另一端连接整流管D₈的负极，芯片UC1843的VCC端口连接整流管D₈的负极，芯片UC1843的GAND端口连接单向可控硅S₁的a接口,芯片UC1843的RT/CT端口经电容C_CT连接单向可控硅S₁的a接口，芯片UC1843的VREF端口经电容C₅连接单向可控硅S₁的a接口，电阻R_RT一端连接在芯片UC1843的VREF端口和RT/CT端口之间；电阻R₅一端连接芯片UC1843的VFB端口，电阻R₅另一端与电阻R₈串联后连接至单向可控硅S₁的a接口；电阻R₇一端连接在电阻R₅和电阻R₈之间，电阻R₇另一端连接在芯片UC1843的COMP端口；电阻R₆一端连接在电阻R₅和电阻R₈之间，电阻R₆另一端串联电容C₃后连接在芯片UC1843的COMP端口；

电阻R₁₀一端连接芯片UC1843的OUT/PUT端口，电阻R₁₀另一端串联电阻R₁₂后连接单向可控硅S₁的a接口，同时电阻R₁₀另一端还连接至场效应管M₁的栅极，场效应管M₁的源极连接电阻R_S后连接至单向可控硅S₁的a接口；芯片UC1843的ISE/NSE端口连接电阻R₁₁后连接至场效应管M₁的源极，场效应管M₁的漏极连接变压器T₁的第一原边绕组的第二端口t₁₂；二极管D₁₀正极连接场效应管M₁的源极，二极管D₁₀负极连接场效应管M₁的漏极；

电容C₁₁一端连接变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁，电容C₁₁另一端连接二极管D₁₁的负极，电阻R₁₁并联在电容C₁₁两侧，二极管D₁₁的正极连接变压器T₁的第一原边绕组的第二端口t₁₂；

电容C_in一端连接稳压管D₁的负极,电容C_in另一端连接电阻R₁₃，电阻R₁₃连接整流管D₈的负极，整流管D₈的正极连接变压器T₁的副边绕组的第一端口t₃₁

电容C₈负极连接在变压器T₁的第二原边绕组的第一端口t₂₁，二极管D₉的正极连接在变压器T₁的第二原边绕组的第二端口t₂₂，电容C₈正极连接在二极管D₉的负极，电容C₇并联在电容C₈两侧，变压器T₁的第二原边绕组的第一端口t₂₁接地；

外接端口VR₁的V_in端口连接二极管D₉的负极，外接端口VR₁的GND端口接地；

电容C₈负极连接外接端口VR₁的GND端口，电容C₈正极连接外接端口VR₁的V_out端口，电容C₁₀并联在电容C₈两侧；输出电压取电容C₁₀两端电压。

所述场效应管M₁为IPW65R070C6型MOSFET管。

所述输入端正极为直流400V。

所述电能输出单元包括：直流转换器和交流转换器。

实施例2

本实施例提供一种高压侧监测系统，包括上一实施例的高压侧监测辅助电源。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，包括：高频电源、电能传送单元和电能输出单元；

所述高频电源与电能传送单元连接，高频电源通过电能传送单元将电能输送至电能输出单元。

2.根据权利要求1所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述电能传送单元包括：电能发送端、电能接收端和电能传输通路；

所述高频电源连接电能发送端，所述电能输出单元连接电能接收端，电能发送端和电能接收端分别与电能传输通路直接接触。

3.根据权利要求2所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述电能传输通路包括具有导磁功能的绝缘棒，所述绝缘棒设置在电能发送端和电能接收端之间。

4.根据权利要求3所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述绝缘棒的磁导率高于空气的磁导率。

5.根据权利要求3所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述电能传输通路还包括第一磁芯和第二磁芯，高频电源的输出导线缠绕在第一磁芯上，电能输出单元的输入导线缠绕在第二磁芯上，绝缘棒拼接在第一磁芯和第二磁芯中间。

6.根据权利要求1所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述高频电源的电路结构为：

电阻R₁一端连接直流输入端正极，电阻R₁另一端连接稳压管D₁的正极，稳压管D₁的负极接地；分压电阻R_in一端连接直流输入端正极,电阻R₁另一端连接变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁；

稳压管D₆的负极连接至电容C_in与电阻R₃之间，同时电容C_in与电阻R₃之间引出一条通路至变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁；

单向可控硅S₁的g接口连接稳压管D₆的正极，单向可控硅S₁的k接口连接稳压管D₁的负极；单向可控硅S₁的a接口连接变压器T₁的副边绕组的第二端口t₃₂；电容C₂一端连接稳压管D₁的负极，电容C₂另一端连接稳压管D₆的正极，电阻R₃并联在电容C₂两侧；

电阻R₄一端连接芯片UC1843的VFB端口，电阻R₄另一端连接整流管D₈的负极，芯片UC1843的VCC端口连接整流管D₈的负极，芯片UC1843的GAND端口连接单向可控硅S₁的a接口,芯片UC1843的RT/CT端口经电容C_CT连接单向可控硅S₁的a接口，芯片UC1843的VREF端口经电容C₅连接单向可控硅S₁的a接口，电阻R_RT一端连接在芯片UC1843的VREF端口和RT/CT端口之间；电阻R₅一端连接芯片UC1843的VFB端口，电阻R₅另一端与电阻R₈串联后连接至单向可控硅S₁的a接口；电阻R₇一端连接在电阻R₅和电阻R₈之间，电阻R₇另一端连接在芯片UC1843的COMP端口；电阻R₆一端连接在电阻R₅和电阻R₈之间，电阻R₆另一端串联电容C₃后连接在芯片UC1843的COMP端口；

电阻R₁₀一端连接芯片UC1843的OUT/PUT端口，电阻R₁₀另一端串联电阻R₁₂后连接单向可控硅S₁的a接口，同时电阻R₁₀另一端还连接至场效应管M₁的栅极，场效应管M₁的源极连接电阻R_S后连接至单向可控硅S₁的a接口；芯片UC1843的ISE/NSE端口连接电阻R₁₁后连接至场效应管M₁的源极，场效应管M₁的漏极连接变压器T₁的第一原边绕组的第二端口t₁₂；二极管D₁₀正极连接场效应管M₁的源极，二极管D₁₀负极连接场效应管M₁的漏极；

电容C₁₁一端连接变压器T₁的第一原边绕组的第一端口t₁₁，电容C₁₁另一端连接二极管D₁₁的负极，电阻R₁₁并联在电容C₁₁两侧，二极管D₁₁的正极连接变压器T₁的第一原边绕组的第二端口t₁₂；

电容C_in一端连接稳压管D₁的负极,电容C_in另一端连接电阻R₁₃，电阻R₁₃连接整流管D₈的负极，整流管D₈的正极连接变压器T₁的副边绕组的第一端口t₃₁；

电容C₈负极连接在变压器T₁的第二原边绕组的第一端口t₂₁，二极管D₉的正极连接在变压器T₁的第二原边绕组的第二端口t₂₂，电容C₈正极连接在二极管D₉的负极，电容C₇并联在电容C₈两侧，变压器T₁的第二原边绕组的第一端口t₂₁接地；

外接端口VR₁的V_in端口连接二极管D₉的负极，外接端口VR₁的GND端口接地；

电容C₈负极连接外接端口VR₁的GND端口，电容C₈正极连接外接端口VR₁的V_out端口，电容C₁₀并联在电容C₈两侧；输出电压取电容C₁₀两端电压。

7.根据权利要求6所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述场效应管M₁为IPW65R070C6型MOSFET管。

8.根据权利要求6所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述输入端正极为直流400V。

9.根据权利要求1所述的一种高压侧监测辅助电源，其特征在于，所述电能输出单元包括：直流转换器和交流转换器。

10.一种高压侧监测系统，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的一种高压侧监测辅助电源。

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