CN220357457U - 一种宽工作电流范围自生电源调整电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种宽工作电流范围自生电源调整电路，属于电路设计领域，所述调整电路分别与电流互感器单元、负载R连接；所述调整电路包括主控MCU、限压单元、电阻R1、电阻R2、MOS管TR1、二极管D1；所述电流互感器单元的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接；二极管D1的负极分别与电阻R1的第一端、负载R的第一端连接；限压单元的第二端与MOS管TR1的漏极连接；MOS管TR1的栅极与主控MCU连接；主控MCU还与电阻R1的第二端、电阻R2的第一端连接；电流互感器单元的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2第二端、负载R第二端连接，本申请可以避免电流互感器温升过高或损坏。

Description

一种宽工作电流范围自生电源调整电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其是涉及一种宽工作电流范围自生电源调整电路。

背景技术

电流互感器在电力系统中的应用非常广泛，常用于安装在配电回路中，主要用于测量和保护电流，可以与测量仪表、保护设备、控制系统等其他设备进行连接，还可以通过自生供电与负载连接，电流互感器具有将高电流转换低电流以及电气隔离的作用，从而确保电力系统的安全和稳定运行。

电流互感器一般包括单相电流互感器和多相电流互感器，当多相电流互感器中的某一相回路出现故障时，电流互感器输出的电流可能发生不稳定的变化，例如输出电流可能长时间处于0~6300A范围内，故障时瞬时输出电流可达到150kA或者更高的值，因此会出现电流互感器的输出功率超出负载需求的情况，导致输出功率过剩，而过剩的功耗只能在电流互感器内部消耗，从而导致电流互感器温升过高，甚至导致电流互感器的损坏。

实用新型内容

为了避免电流互感器输出功率过剩，导致电流互感器温升过高或损坏，本申请提供一种宽工作电流范围自生电源调整电路。

本申请提供一种宽工作电流范围自生电源调整电路，采用如下的技术方案：所述自生电源调整电路分别与电流互感器单元、负载R连接；所述自生电源调整电路包括主控MCU、限压单元、电阻R1、电阻R2、MOS管TR1、二极管D1；

所述电流互感器单元的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接；二极管D1的负极分别与电阻R1的第一端、负载R的第一端连接；限压单元的第二端与MOS管TR1的漏极连接；MOS管TR1的栅极与主控MCU连接；主控MCU还与电阻R1的第二端、电阻R2的第一端连接；电流互感器单元的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

通过采用上述技术方案，通过在自生电源调整电路中的限压单元，可以使得在电流互感器输出至负载R的功率正常时，限压单元不工作，保证负载的正常供电；在电流互感器输出至负载R的功率过剩时，限压单元工作，通过限制电流互感器输出至负载R的电压，保证负载R工作的稳定性，并消耗电流互感器的过剩功率，避免电流互感器温升过高或损坏，实现了在电流互感器宽工作电流范围内，输出至负载功率的实时调整。

在一个具体的可实施方案中，所述自生电源调整电路还包括电容C1；电容C1的正极分别与二极管D1的负极、电阻R1的第一端、负载R的第一端连接；电容C1的负极分别与电流互感器单元的负极输出端、MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

通过采用上述技术方案，通过在自生电源调整电路中增加电容C1，电容C1可以对电流互感器单元输出的电能储存，并在需要时通过放电为负载R供电，保证负载R的稳定工作。

在一个具体的可实施方案中，所述限压单元为二极管组，所述二极管组包括一个或多个串联的二极管；

所述二极管组的正极分别与电流互感器单元的正极输出端、二极管D1的正极连接；所述二极管组的负极与MOS管TR1的漏极连接。

通过采用上述技术方案，通过使用稳定可靠的二极管，不仅可以限制负载R两端的电压，并适当提高MOS管TR1短路情况下电流互感器的输出电压，即消耗电流互感器输出的多余功率，降低了电流互感器在MOS管TR1短路时消耗在互感器内部的功率，降低电流互感器的温升，而且还可以在原有产品的电路板上进行设计，无附加安装和连接要求，可靠性高，成本较低。

在一个具体的可实施方案中，所述限压单元包括稳压管；

所述稳压管的正极与MOS管TR1的漏极连接；所述稳压管的负极分别与电流互感器单元的正极输出端、二极管D1的正极连接。

通过采用上述技术方案，通过使用稳定可靠的稳压管，不仅可以限制负载R两端的电压，并适当提高MOS管TR1短路情况下电流互感器的输出电压，即消耗电流互感器输出的多余功率，降低了电流互感器在MOS管TR1短路时消耗在互感器内部的功率，降低电流互感器的温升，而且还可以在原有产品的电路板上进行设计，无附加安装和连接要求，可靠性高，成本较低。

在一个具体的可实施方案中，所述自生电源调整电路还包括整流单元；所述整流单元的输入端与电流互感器单元的输出端连接，所述整流单元的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述整流单元的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

通过采用上述技术方案，通过整流单元将电流互感器单元输出的交流电转换为直流电，以供负载R的使用，还可以防止负载电流倒回电流互感器单元，保证系统的安全。

在一个具体的可实施方案中，所述主控MCU，用于采集电阻R1第二端与电阻R2第一端之间的电压，获取负载R两端的电压U_R，并根据所述电压U_R确定负载R两端电压过高时，生成第一控制信号；所述第一控制信号用于控制MOS管TR1导通，使限压单元消耗电流互感器单元输出的多余电能；

所述主控MCU，还用于根据所述电压U_R确定负载R两端的电压过低时，生成第二控制信号；所述第二控制信号用于控制MOS管TR1断开，使电流互感器单元为负载R供电。

通过采用上述技术方案，因此，通过主控MCU实时监测负载R两端的电压，从而判断电流互感器单元输出至负载R的电压是否合适，并及时控制MOS管TR1的导通或断开，保证负载R稳定可靠的运行。

在一个具体的可实施方案中，所述电容C1，用于当主控MCU控制MOS管TR1断开时，存储电流互感器单元输出的电能，还用于当主控MCU控制MOS管TR1导通时，释放电能为负载R供电。

通过采用上述技术方案，当MOS管TR1断开，电流互感器、二极管D1和负载R构成为负载R充电的供电回路，同时电流互感器、二极管D1和电容C1构成对电容C1充电的充电回路，使电容C1存储电能；当MOS管TR1导通，电流互感器、限压单元和MOS管TR1构成回路，此时为保证负载工作，通过电容的放电为负载R供电，直到负载R两端电压低于一定值时停止工作，在此过程中，二极管D1还可以保障在MOS管TR1导通泄放电流互感器多余能量时，不会把电容C1上电压拉低，避免电容C1上电压回流至电流互感器。

在一个具体的可实施方案中，所述电流互感器单元包括三相电流互感器，所述三相电流互感器为电流互感器A、电流互感器B、电流互感器C；所述整流单元包括第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路；

所述第一整流电路的输入端与电流互感器A的输出端连接，所述第一整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第一整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接；

所述第二整流电路的输入端与电流互感器B的输出端连接，所述第二整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第二整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接；

所述第三整流电路的输入端与电流互感器C的输出端连接，所述第三整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第三整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

通过采用上述技术方案，针对多相电流互感器的情况，通过整流电流与各相电流互感器一一对应，保证各相电流互感器输出的稳定性，提高系统可靠性。

综上所述，本申请的技术方案至少包括以下有益技术效果：

1、通过在自生电源调整电路中的限压单元，可以使得在电流互感器输出至负载R的功率正常时，限压单元不工作，保证负载的正常供电；在电流互感器输出至负载R的功率过剩时，限压单元工作，通过限制电流互感器输出至负载R的电压，保证负载R工作的稳定性，并消耗电流互感器的过剩功率，避免电流互感器温升过高或损坏，实现了在电流互感器宽工作电流范围内，输出至负载功率的实时调整；

2、通过主控MCU实时监测负载R两端的电压，从而判断电流互感器单元输出至负载R的电压是否合适，并及时控制MOS管TR1的导通或断开，保证负载R稳定可靠的运行。

附图说明

图1是本申请实施例中自生电源调整电路的整体电路图；

图2是本申请实施例中限压单元采用多个二极管的电路图；

图3是本申请实施例中限压单元采用稳压管的电路图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细说明。

本申请公开一种宽工作电流范围自生电源调整电路，参照图1，所述自生电源调整电路分别与电流互感器单元、负载R连接；所述自生电源调整电路包括主控MCU、限压单元、电阻R1、电阻R2、MOS管TR1、二极管D1；所述电流互感器单元可以包括一相或多相电流互感器。

所述电流互感器单元的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接；二极管D1的负极分别与电阻R1的第一端、负载R的第一端连接；限压单元的第二端与MOS管TR1的漏极连接；MOS管TR1的栅极与主控MCU连接；主控MCU还与电阻R1的第二端、电阻R2的第一端连接；电流互感器单元的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

具体地，参照图1可知，电流互感器单元输出的电能通过二极管D1后，为负载R供电，保证负载R的正常工作。

因此，通过在自生电源调整电路中的限压单元，可以使得在电流互感器输出至负载R的功率正常时，限压单元不工作，保证负载的正常供电；在电流互感器输出至负载R的功率过剩时，限压单元工作，通过限制电流互感器输出至负载R的电压，保证负载R工作的稳定性，并消耗电流互感器的过剩功率，避免电流互感器温升过高或损坏，实现了在电流互感器宽工作电流范围内，输出至负载功率的实时调整。

进一步地，下面对自生调整电路中限压单元的运行过程进行说明：

所述主控MCU，用于通过采集电阻R1第二端与电阻R2第一端之间的电压，获取负载R两端的电压U_R，并根据所述电压U_R确定负载R两端电压过高时，生成第一控制信号；所述第一控制信号用于控制MOS管TR1导通，使限压单元消耗电流互感器单元输出的多余电能；

所述主控MCU，还用于根据所述电压U_R确定负载R两端的电压过低时，生成第二控制信号；所述第二控制信号用于控制MOS管TR1断开，使电流互感器单元为负载R供电。

具体地，上述第一控制信号可以为PWM控制信号，主控MCU通过输出PWM控制信号至MOS管TR1，使得在MOS管TR1导通时，电流互感器、限压单元和MOS管TR1构成回路，由限压单元消耗多余电能；上述第二控制信号可以为低电平信号，主控MCU通过输出低电平信号至MOS管TR1，使得MOS管TR1断开，电流互感器、二极管D1、负载R构成回路，由电流互感器单元输出的电能为负载R供电。

因此，通过主控MCU实时监测负载R两端的电压，从而判断电流互感器单元输出至负载R的电压是否合适，并及时控制MOS管TR1的导通或断开，保证负载R稳定可靠的运行。

其中，主控MCU可以设定高压阈值V1、低压阈值V2，高压阈值V1和低压阈值V2的数值本领域技术人员可以参照负载的情况进行设定，本申请对比不做限制；当主控MCU通过采集电阻R1第二端与电阻R2第一端之间的电压，获取负载R两端的电压U_R大于高压阈值V1时，可以判定负载R两端电压过高，此时可能造成负载R无法正常工作，易产生损坏，电流互感器单元输出功率过剩；当主控MCU通过采集电阻R1第二端与电阻R2第一端之间的电压，获取负载R两端的电压U_R小于低压阈值V2时，可以判定负载R两端电压过低，此时可能无法支持负载R的正常工作。

进一步地，继续参照图1，所述自生电源调整电路还包括电容C1；电容C1的正极分别与二极管D1的负极、电阻R1的第一端、负载R的第一端连接；电容C1的负极分别与电流互感器单元的负极输出端、MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

因此，通过在自生电源调整电路中增加电容C1，电容C1可以对电流互感器单元输出的电能储存，并在需要时通过放电为负载R供电，保证负载R的稳定工作。

下面对电容C1的作用进行说明：

所述电容C1，用于当主控MCU控制MOS管TR1断开时，存储电流互感器单元输出的电能，还用于当主控MCU控制MOS管TR1导通时，释放电能为负载R供电。

因此，当MOS管TR1断开，电流互感器、二极管D1和负载R构成为负载R充电的供电回路，同时电流互感器、二极管D1和电容C1构成对电容C1充电的充电回路，使电容C1存储电能；当MOS管TR1导通，电流互感器、限压单元和MOS管TR1构成回路，此时为保证负载工作，通过电容的放电为负载R供电，直到负载R两端电压低于一定值时停止工作，在此过程中，二极管D1还可以保障在MOS管TR1导通泄放电流互感器多余能量时，不会把电容C1上电压拉低，避免电容C1上电压回流至电流互感器。

进一步地，参照图2，所述限压单元可以为二极管组，所述二极管组包括一个或多个串联的二极管；所述二极管组中二极管的数量可以为6个；

所述二极管组的正极分别与电流互感器单元的正极输出端、二极管D1的正极连接；所述二极管组的负极与MOS管TR1的漏极连接。

进一步地，参照图3，所述限压单元也可以为稳压管，所述稳压管的正极与MOS管TR1的漏极连接；所述稳压管的负极分别与电流互感器单元的正极输出端、二极管D1的正极连接。

由于功率电阻体积大、温度高、成本高，且安装条件要求高，在现场使用时不方便，连接可能存在断线风险，造成系统可靠性下降，因此不采用功率电阻，而是通过使用更加稳定可靠的二极管、稳压管，不仅可以限制负载R两端的电压，并适当提高MOS管TR1短路情况下电流互感器的输出电压，即消耗电流互感器输出的多余功率，降低了电流互感器在MOS管TR1短路时消耗在互感器内部的功率，降低电流互感器的温升，而且还可以在原有产品的电路板上进行设计，无附加安装和连接要求，可靠性高，成本较低。

进一步地，所述自生电源调整电路还包括整流单元；所述整流单元的输入端与电流互感器单元的输出端连接，所述整流单元的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述整流单元的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。所述整流单元为半波整流或全波整流，整流单元可以为整流桥。

因此，通过整流单元将电流互感器单元输出的交流电转换为直流电，以供负载R的使用，还可以防止负载电流倒回电流互感器单元，保证系统的安全。

进一步地，所述电流互感器单元可以包括三相电流互感器，所述三相电流互感器为电流互感器A、电流互感器B、电流互感器C；所述整流单元包括第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路；

所述第一整流电路的输入端与电流互感器A的输出端连接，所述第一整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第一整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接；

所述第二整流电路的输入端与电流互感器B的输出端连接，所述第二整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第二整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接；

所述第三整流电路的输入端与电流互感器C的输出端连接，所述第三整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第三整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

针对多相电流互感器的情况，通过整流电流与各相电流互感器一一对应，保证各相电流互感器输出的稳定性，提高系统可靠性。

具体地，二极管的数量、稳压管的电压值本领域技术人员可以根据不同应用的需求调整，但是最大不应超过负载R所需要的工作电压值、以及所选元器件的相关电流和功率性能范围，而且还可以结合电流互感器自身能承受的功耗，尽可能减少或选择低电压，这样可进一步优化成本。

示例性的，负载工作电压要求24V左右，若限压单元采用假负载的方式消耗电流互感器的多余功耗，则假负载为2只规格为25W，68Ω的功率电阻，在不变更电流互感器参数的情况下，采用了6只M7二极管取代2只功率电阻，通过额定电流情况下温升试验和极限故障短路电流1S耐受试验，产品均能满足相关标准要求。

示例性的，电容C1上电压范围要求控制在24V~28V，当电容C1上的电压值超过28V时，负载R两端的电压值超过28V，通过MCU主控对电阻R1、电阻R2的分压检测，输出第一控制信号使MOS管TR1导通工作，同时，电容C1上的电压因负载R的消耗会逐步下降，当电容C1上的电压低于24V时，负载R两端的电压值低于24V，此时输出第二控制信号使MOS管TR1关断，电流互感器的输出继续通过二极管D1对电容C1充电。通过多个串联的二极管，每个二极管正常电流下形成0.7V的压降，因此6个二极管形成4.2V左右的压降，则在稳压管的选择时，也应该选择压降稳定在5V左右的稳压管。结合产品额定电流工作下实测MOS管TR1的泄放电流值为400ma左右，因此，采用二极管或稳压管实际分担了电流互感器2W左右的功耗，有效降低了电流互感器的温升，且综合成本降低明显。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于，所述自生电源调整电路分别与电流互感器单元、负载R连接；所述自生电源调整电路包括主控MCU、限压单元、电阻R1、电阻R2、MOS管TR1、二极管D1；

所述电流互感器单元的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接；二极管D1的负极分别与电阻R1的第一端、负载R的第一端连接；限压单元的第二端与MOS管TR1的漏极连接；MOS管TR1的栅极与主控MCU连接；主控MCU还与电阻R1的第二端、电阻R2的第一端连接；电流互感器单元的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于：所述自生电源调整电路还包括电容C1；电容C1的正极分别与二极管D1的负极、电阻R1的第一端、负载R的第一端连接；电容C1的负极分别与电流互感器单元的负极输出端、MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于：所述限压单元为二极管组，所述二极管组包括一个或多个串联的二极管；

所述二极管组的正极分别与电流互感器单元的正极输出端、二极管D1的正极连接；所述二极管组的负极与MOS管TR1的漏极连接。

4.根据权利要求2所述的宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于：所述限压单元包括稳压管；

所述稳压管的正极与MOS管TR1的漏极连接；所述稳压管的负极分别与电流互感器单元的正极输出端、二极管D1的正极连接。

5.根据权利要求1所述的宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于：所述自生电源调整电路还包括整流单元；所述整流单元的输入端与电流互感器单元的输出端连接，所述整流单元的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述整流单元的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。

6.根据权利要求2所述的宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于：

所述主控MCU，用于采集电阻R1第二端与电阻R2第一端之间的电压，获取负载R两端的电压U_R，并根据所述电压U_R确定负载R两端电压过高时，生成第一控制信号；所述第一控制信号用于控制MOS管TR1导通，使限压单元消耗电流互感器单元输出的多余电能；

所述主控MCU，还用于根据所述电压U_R确定负载R两端的电压过低时，生成第二控制信号；所述第二控制信号用于控制MOS管TR1断开，使电流互感器单元为负载R供电。

7.根据权利要求6所述的宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于：所述电容C1，用于当主控MCU控制MOS管TR1断开时，存储电流互感器单元输出的电能，还用于当主控MCU控制MOS管TR1导通时，释放电能为负载R供电。

8.根据权利要求5所述的宽工作电流范围自生电源调整电路，其特征在于：所述电流互感器单元包括三相电流互感器，所述三相电流互感器为电流互感器A、电流互感器B、电流互感器C；所述整流单元包括第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路；

所述第一整流电路的输入端与电流互感器A的输出端连接，所述第一整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第一整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接；

所述第二整流电路的输入端与电流互感器B的输出端连接，所述第二整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第二整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接；

所述第三整流电路的输入端与电流互感器C的输出端连接，所述第三整流电路的正极输出端分别与限压单元的第一端、二极管D1的正极连接，所述第三整流电路的负极输出端分别与MOS管TR1的源极、电阻R2的第二端、负载R的第二端连接。