本發(fā)明屬于輸電線路監(jiān)測技術領域，涉及一種導線耦合式無線供電裝置。

背景技術：

對輸電線路導線進行在線監(jiān)測時，其供電電源是關鍵問題之一。因線上數(shù)據(jù)采集單元(傳感器和信號發(fā)射單元)在輸電線路導線上，常規(guī)電源不能使用，同時電源工作在野外，需要長期免維護，對電源的容量和可靠性提出了很高的要求。由于輸電導線工作時傳輸電能，利用輸電導線電能可以實現(xiàn)供電電源能量穩(wěn)定地供給，是輸電線路狀態(tài)監(jiān)測理想的供電方式。但由于磁場耦合式非接觸供電裝置的原、副邊磁場耦合效果較差，裝置工作對能量發(fā)射和能量接收的擺放位置非常敏感，同時即便能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的磁場發(fā)射平臺，由于其原、副邊磁場耦合系數(shù)較低，漏感較大，能量傳輸效率普遍較低。

為此，一般要采用合理的控制方案使裝置原、副邊能處于諧振工作狀態(tài)，提高傳輸效率。目前，常采用兩種基本的控制模式:定頻控制模式和變頻控制模式。定頻控制模式中，實際工作時電路元器件不可避免地會因為損耗產(chǎn)生溫升，導致副邊實際工作諧振頻率發(fā)生變化，原副邊電路不同諧，使得電能傳輸受損。變頻控制可以通過實時控制發(fā)射諧振頻率，使其跟蹤接收諧振電路頻率，使得發(fā)射和接收電路同諧，獲得最大電能傳輸。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種導線耦合式無線供電裝置，通過導線磁場耦合取電，并在裝置初始工作時通過對裝置頻率的調(diào)節(jié)過程捕捉裝置諧振工作頻率點，通過掃描天線陣列，尋找最佳電能傳輸方向，之后通過調(diào)節(jié)控制電流、電壓，使裝置始 終保持在諧振工作狀態(tài)，裝置傳輸效率達到最高。

其具體技術方案為：

一種導線耦合式無線供電裝置，包括導線取能部分1和電能無線發(fā)射部分2，其中，所述的導線取能部分1由取能互感器3、整流濾波電路4、取能調(diào)節(jié)保護電路5和隔離穩(wěn)壓電路6依次連接而成，所述的電能發(fā)射部分2由全橋開關電路7、掃頻發(fā)生電路8、輸入限流電路9、開關管電流過零檢測電路10以及斜坡信號發(fā)生電路11、PWM驅(qū)動控制電路12、諧振電容13、發(fā)射天線陣列14和主控電路15依次連接而成。

優(yōu)選地，所述發(fā)射天線陣列14采用多陣列圓形極化天線進行排列。

優(yōu)選地，所述全橋開關電路7開關管采用場效應管或雙極型晶體管。

本發(fā)明采用單芯片封裝結構，在實現(xiàn)低成本的基礎上，滿足了遠距離、高效和高可靠性的要求。本發(fā)明可實現(xiàn)在0～2米范圍內(nèi)無線供電，適合為導線類在線監(jiān)測裝置供電，滿足了長期穩(wěn)定供電的需求。具有以下有益效果：

1、采用導線取能供電，有效保證了電源的能量來源；

2、采用自動掃頻捕捉，天線陣列可進行多方位掃描，自動尋找供電時諧振頻率點，提高電能傳輸效率；

3、采用單芯片封裝結構，在實現(xiàn)低成本的基礎上，滿足了遠距離、高效和高可靠性的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明導線耦合式無線供電裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細地說明。

參照圖1，一種導線耦合式無線供電裝置，包括導線取能部分1和電能無線發(fā)射部分2， 其中，所述的導線取能部分1由取能互感器3、整流濾波電路4、取能調(diào)節(jié)保護電路5和隔離穩(wěn)壓電路6依次連接而成，所述的電能發(fā)射部分2由全橋開關電路7、掃頻發(fā)生電路8、輸入限流電路9、開關管電流過零檢測電路10以及斜坡信號發(fā)生電路11、PWM驅(qū)動控制電路12、諧振電容13、發(fā)射天線陣列14和主控電路15依次連接而成。

取能互感器3從輸電導線上獲取電能，然后輸入到整流濾波電路4對其進行整流濾波處理，并通過隔離穩(wěn)壓電路6進行隔離穩(wěn)壓輸出。取能調(diào)節(jié)保護電路5通過實時的調(diào)節(jié)和限制輸入的電能，吸收因雷擊等特殊情況引起的瞬間大電流，保證模塊在輸電導線電流不穩(wěn)定時仍可保證輸電電壓穩(wěn)定。

全橋開關電路7接收導線取能部分1的輸出電壓，通過控制其開關管時序地導通與關斷，輸出一高頻交變的方波電壓信號，所述諧振電容13與發(fā)射天線陣列14在接收高頻交變方波電壓后諧振工作，產(chǎn)生高頻交變電流信號，并通過發(fā)射天線陣列14進行輸電傳輸。

在開始工作時，掃頻發(fā)生電路8即開始對裝置進行從高到低的頻率調(diào)節(jié)過程。同時，在掃頻發(fā)生電路8調(diào)節(jié)裝置工作頻率的過程中，開關管電流過零檢測電路10同步地對開關管的電流進行檢測。當所述開關管電流過零檢測電路10產(chǎn)生的電流過零脈沖信號先于所述掃頻發(fā)生電路8產(chǎn)生的開關脈沖信號輸出時，此時所述導線耦合式無線供電裝置的工作頻率達到裝置諧振頻率點，并且此時輸出方波電壓與電流達到同相位。此后，裝置穩(wěn)定工作過程后，由開關管電流過零檢測電路輸出的電流過零脈沖信號控制開關管關斷，可保證輸出方波電壓與電流始終同相，裝置能一直工作在諧振狀態(tài)，傳輸效率保持最高。

所述掃頻發(fā)生電路8產(chǎn)生開關脈沖信號，用于控制全橋開關電路7中開關管的狀態(tài)，以從高頻至低頻的調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)所述開關管的工作頻率。

所述開關管電流過零檢測電路10，檢測所述全橋開關電路7中開關管的電流，當所述開關管的電流到達零值時，產(chǎn)生電流過零脈沖信號。

當所述開關管電流過零檢測電路10產(chǎn)生的電流過零脈沖信號遲于所述掃頻發(fā)生電路8產(chǎn)生的開關脈沖信號輸出時，所述開關脈沖信號控制開關管的關斷動作，在延時一定的死區(qū)時間后，導通全橋開關電路7中的開關管。此時所述供電裝置的工作頻率到達裝置諧振頻率點。

所述輸入限流電路9與所述全橋開關電路7、PWM驅(qū)動控制電路12相連接，其接收所述全橋開關電路中開關管電流信號，產(chǎn)生誤差放大電壓信號并傳輸至所述PWM驅(qū)動控制電路以控制所述全橋開關電路中開關管的關斷動作，從而限制輸入電流的大小。

所述斜坡信號發(fā)生電路11根據(jù)所述掃頻發(fā)生電路8產(chǎn)生的開關脈沖信號和所述開關管電流過零檢測電路10產(chǎn)生的電流過零脈沖信號的優(yōu)先級來產(chǎn)生一斜坡電壓信號，通過誤差放大電壓信號對電流源電流大小進行調(diào)節(jié)，進而使斜坡電壓信號峰值保持恒定，使裝置參數(shù)精確，穩(wěn)定性更好。斜坡電壓信號輸入至所述PWM驅(qū)動控制電路以控制所述全橋開關電路開關管的關斷動作，延遲死區(qū)時間后產(chǎn)生全橋開關電路開關管的導通信號。斜坡信號發(fā)生電路11的波形調(diào)節(jié)和PWM驅(qū)動控制電路12中死區(qū)時間調(diào)節(jié)通過集成芯片參數(shù)設置進行調(diào)節(jié)。

所述發(fā)射天線陣列14采用多陣列圓形極化天線進行排列，通過主控電路15掃描高頻交變電能信號，通過對電能接收反饋信號進行判斷，尋找最佳電能傳輸方向，主控電路鎖定發(fā)射信號的方向。

在電能傳輸過程中，為了使傳輸效率達到最大，最好能使裝置達到諧振并始終工作在諧振狀態(tài)，因此，電能發(fā)射部分2通過掃頻發(fā)生電路8、輸入限流電路9、開關管電流過零檢測電路10以及斜坡信號發(fā)生電路11來調(diào)節(jié)控制全橋開關電路7中開關管的工作頻率，首先通過從高至低的頻率調(diào)節(jié)過程捕捉到裝置諧振工作頻率點，然后控制使其全橋開關電路7輸出的方波電壓信號與電流保持同相，保證裝置處于諧振工作狀態(tài)。

本發(fā)明應用的全橋開關電路，開關管可采用場效應管或雙極型晶體管等半導體開關管， 但本發(fā)明中的開關管不限于上述開關管類型。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，本發(fā)明的保護范圍不限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。