電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能電源電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)涉及交流電網(wǎng)側(cè)電纜溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能 電源電路。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 電纜的溫度在線監(jiān)測(cè)對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行十分重要，但由于其節(jié)點(diǎn)多、分布廣、環(huán)境條件 惡劣、以及監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝困難等原因，使得監(jiān)測(cè)設(shè)備采用電池供電方式不能較好適用。因 此，迫切需要一種穩(wěn)定可靠、安裝方便且免維護(hù)的供電電源解決方案。現(xiàn)有的適用于輸電線 路的監(jiān)測(cè)設(shè)備供電方法如太陽(yáng)能、電容分壓等又難以移植到電纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電中。其他新 穎供電方式如激光、微波和超聲波，卻又面臨造價(jià)高、轉(zhuǎn)換效率低或電磁干擾問(wèn)題。
[0004] 鑒于電纜一般敷設(shè)于地下、具有較厚的絕緣層保護(hù)，不能采用太陽(yáng)能和電容分壓 方式。但當(dāng)電纜工作在單相模式下時(shí)，其內(nèi)導(dǎo)體上的交變電流將在電纜外部空間激發(fā)較強(qiáng) 的準(zhǔn)靜態(tài)磁場(chǎng)，因而可基于電磁感應(yīng)原理，利用電纜外部放置的線圈感應(yīng)出電壓并取能，類 似于電流互感器原理，并稱為電流互感器模式，為提高感應(yīng)電壓，線圈通常帶有鐵芯，其優(yōu) 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但也存在小電流有死區(qū)、大電流易飽和、過(guò)電流則感應(yīng)過(guò)電壓等問(wèn)題。盡管 如此，相當(dāng)于其他供能方式，電流互感器取能方式更為可行。
[0005] 但是，電流互感器取能在技術(shù)上存在一定的困難，主要原因是一次側(cè)電流變化范 圍較大，整流濾波后的電壓會(huì)出現(xiàn)大范圍的波動(dòng)，后級(jí)的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)比較困難。雖然采用 電流互感器開氣隙的方法可以有效防止磁芯飽和，降低鐵芯損耗，但輸入側(cè)電流變化范圍 受到限制，通常只適用于電流變化比小于20 (最大值比最小值的比值）的場(chǎng)合，取能電流存 在工作"死區(qū)"，同時(shí)整流后的電壓變化范圍較大，應(yīng)用上存在缺陷。
[0006] 如果能實(shí)現(xiàn)一次側(cè)電流工作大范圍變化下的取能，電流互感器的取能技術(shù)將能得 到更廣泛的應(yīng)用。因此，需要盡快解決電流互感器存在的電流變化不寬、取能效率低下、可 靠性不高等問(wèn)題。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn) 一次側(cè)電流工作大范圍變化下的取能，提高取能效率，克服電流互感器取能存在小電流時(shí) 有"取能死區(qū)"、大電流時(shí)互感器易飽和的不足的電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能電源電路。
[0009] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種電纜溫度監(jiān)測(cè)裝 置的取能電源電路，包括套設(shè)于電纜上的取能線圈、與所述取能線圈的二次側(cè)繞組連接的 整流濾波電路、與所述整流濾波電路連接的穩(wěn)壓模塊以及與所述穩(wěn)壓模塊連接的超級(jí)電 容，所述穩(wěn)壓模塊輸出直流電源。
[0010] 進(jìn)一步的，所述穩(wěn)壓模塊采用寬輸入、+5V輸出的DC-DC降壓模塊。
[0011] 進(jìn)一步的，還包括連接于所述取能線圈與所述整流濾波電路之間的沖擊保護(hù)電 路。
[0012] 進(jìn)一步的，還包括連接于整流濾波電路和穩(wěn)壓模塊之間的過(guò)壓保護(hù)電路。
[0013] 進(jìn)一步的，所述沖擊保護(hù)電路包括第一雙向瞬態(tài)抑制二極管以及第二雙向瞬態(tài)抑 制二極管，第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管的第一端與所述取能線圈的二次側(cè)繞組的第一 端連接，第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管的第二端與所述取能線圈的二次側(cè)繞組的第二端 連接，所述第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管的兩端還直接與整流濾波電路的輸入端連接。
[0014] 進(jìn)一步的，所述整流濾波電路包括整流橋以及濾波電容C1，所述整流橋的其中一 個(gè)輸入端均與第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管的第一端連接，所述整流橋的另一個(gè)輸入端 與第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管的第二端連接；所述整流橋的其中一個(gè)輸出端與濾波電 容Cl的正端連接，所述整流橋的另一個(gè)輸出端與濾波電容Cl的負(fù)端連接，所述濾波電容Cl 的負(fù)端接地。
[0015] 進(jìn)一步的，所述過(guò)壓保護(hù)電路包括單向瞬態(tài)抑制二極管D3、電阻RU電阻R2以及 MOS管Q1，所述單向瞬態(tài)抑制二極管D3的陰極與電容Cl的正端連接，陽(yáng)極通過(guò)所述電阻 Rl接地，所述單向瞬態(tài)抑制二極管D3與電阻Rl之間的節(jié)點(diǎn)與所述MOS管的柵極連接，所 述MOS管Ql的漏極通過(guò)所述電阻R2與所述單向瞬態(tài)抑制二極管D3的陰極連接，所述MOS 管Ql的源極與所述DC-DC降壓模塊連接，所述MOS管Ql的漏極還通過(guò)所述電阻R2與所述 DC-DC降壓模塊連接。
[0016] 進(jìn)一步的，所述DC-DC降壓模塊包括降壓芯片U1、若干電阻、若干電容、二極管D4、 電感Ll，所述降壓芯片Ul的VCC引腳通過(guò)接口 J3與MOS管Ql連接，所述降壓芯片Ul的 TCAP引腳通過(guò)電容C2接地，所述降壓芯片Ul的DRC引腳、IS引腳、SWC引腳均依次通過(guò)電 阻R3、電容C3接地，還與接口 J3相接，所述降壓芯片Ul的SWE引腳與所述二極管D4的陰 極相連，所述二極管D4的陽(yáng)極接地，所述降壓芯片Ul的SWE引腳還依次通過(guò)電感LU電阻 R4、電阻R5接地，所述電感Ll與電阻R4的節(jié)點(diǎn)還通過(guò)電容C4接地，還與輸出接口 J4的第 一引腳相連，所述輸出接口的第二引腳接地，所述降壓芯片Ul的CII引腳與電阻R4與電阻 R5之間的節(jié)點(diǎn)相連，所述降壓芯片Ul的GND引腳接地。
[0017] 進(jìn)一步的，所述取能線圈帶有鐵芯。
[0018] 進(jìn)一步的，所述取能線圈為電流互感器。
[0019] 本發(fā)明的電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能電源電路，具有以下有益效果：1.解決了電流 互感器取能存在小電流時(shí)有"取能死區(qū)"的問(wèn)題，即一次側(cè)電流較小，輸出電壓低而未能滿 足供電要求，提出采用超級(jí)電容儲(chǔ)能作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的備用供電，以備在感應(yīng)取電不足的場(chǎng) 合使用；2.解決了電流互感器取能存在大電流時(shí)飽和的問(wèn)題，即一次側(cè)電流較大，輸出電 壓高，提出采用寬輸入DC-DC穩(wěn)壓電路來(lái)保證5V輸出電壓的穩(wěn)定，DC-DC降壓模塊相對(duì)于線 性穩(wěn)壓具有效率高、體積小的優(yōu)勢(shì)。即使在輸入輸出電壓降很大時(shí)，效率不會(huì)降低，而且電 源不需要大的散熱器；3.抗故障能力強(qiáng)。對(duì)于一次側(cè)發(fā)生短路故障而造成的過(guò)電流，二次 側(cè)將感應(yīng)出沖擊過(guò)電壓，因而設(shè)計(jì)了沖擊保護(hù)電路，以保障后端模塊的安全。4.電路簡(jiǎn)單， 體積小，重量輕。采用電子元器件，便于集成，可將該供電裝置直接掛在電纜上。5.可擴(kuò)展 性強(qiáng)。可根據(jù)需要調(diào)整互感器和超級(jí)電容，以達(dá)到更高的輸出電壓和功率。6.安裝方便，采 用開合式電流互感器，可直接套在現(xiàn)有電纜上，無(wú)需斷開電纜接頭安裝。
[0020]
【附圖說(shuō)明】 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技 術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明 的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1是本發(fā)明的電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能電源電路的方框圖。
[0022] 圖2是圖1中沖擊保護(hù)電路、整流濾波電路及過(guò)壓保護(hù)電路原理圖。
[0023] 圖3是圖1中DC-DC降壓模塊原理圖。
[0024] 圖4是本發(fā)明電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能電源電路的源測(cè)試電路圖。
[0025] 圖5是一次側(cè)輸入70A時(shí)電流互感器輸出波形圖。
[0026] 圖6是橋式整流電路輸出波形圖。
[0027] 圖7是DC-DC降壓模塊的空載輸出波形圖。
[0028] 圖8是取能電源輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系曲線圖。
[0029]
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031] 請(qǐng)參見圖1至圖3,本實(shí)施例的電纜溫度監(jiān)測(cè)裝置的取能電源電路，包括套設(shè)于電 纜100上的取能線圈201、與所述取能線圈201相連的沖擊保護(hù)電路202、與所述沖擊保護(hù) 電路202相連的整流濾波電路203、與所述整流濾波電路203相連的過(guò)壓保護(hù)電路204、與 所述過(guò)壓保護(hù)電路204相連的穩(wěn)壓模塊205、與所述穩(wěn)壓模塊205相連的超級(jí)電容206,所 述穩(wěn)壓模塊205輸出直流電源。電纜100穿過(guò)取能線圈201，取能線圈201兩端將感應(yīng)出電 動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過(guò)沖擊保護(hù)電路202、整流濾波電路203輸出直流電壓，再經(jīng)過(guò)過(guò)壓保護(hù)電路204， 最后再采用穩(wěn)壓模塊205并結(jié)合超級(jí)電容206得到5V電壓輸出。其中： 所述沖擊保護(hù)電路202包括第一雙向瞬態(tài)抑制二極管Dl以及第二雙向瞬態(tài)抑制二極 管D2,第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管D1、D2的第一端與所述取能線圈201的二次側(cè)繞組 的第一端連接，第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管Dl、D2的第二端與所述取能線圈201的二 次側(cè)繞組的第二端連接，所述第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管Dl、D2的兩端還直接與整流 濾波電路203的輸入端連接。本實(shí)施例中，所述第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管Dl、D2的 兩端通過(guò)接口 Jl與取能線圈201的兩端分別連接。本實(shí)施例中，所述沖擊保護(hù)電路202還 包括自恢復(fù)保險(xiǎn)絲Fl，所述第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管DI、D2的第二端通過(guò)所述自恢 復(fù)保險(xiǎn)絲Fl與取能線圈201的二次側(cè)繞組的第二端連接。自恢復(fù)保險(xiǎn)Fl起沖擊電流保護(hù) 作用，當(dāng)發(fā)生短路故障而電流過(guò)大時(shí)，保險(xiǎn)Fl熔斷。雙向瞬態(tài)抑制二極管Dl、D2起沖擊電 壓保護(hù)作用，正常狀態(tài)下Dl、D2不工作，當(dāng)二次側(cè)繞組感應(yīng)出較高沖擊電壓時(shí)，雙向瞬態(tài)抑 制二極管Dl、D2反向擊穿，把兩端電壓鉗位在一定的數(shù)值上，保護(hù)后續(xù)電路不被瞬間沖擊 電壓損壞。
[0032] 所述整流濾波電路203包括整流橋以及濾波電容C1，所述整流橋的其中一個(gè)輸入 端均與第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管Dl、D2的第一端連接，所述整流橋的另一個(gè)輸入端 與第一及第二雙向瞬態(tài)抑制二極管D1、D2的第二端連接；所述整流橋的其中一個(gè)輸出端與 濾波電容Cl的正端連接，所述整流橋的另一個(gè)輸出端與濾波電容Cl的負(fù)端連接，所述濾波 電容Cl的負(fù)端接地。整流電路選用二極管橋式整流電路。Cl為濾波電容，考慮二次側(cè)感應(yīng) 電壓波形可能因磁芯飽和而出現(xiàn)較大失真，Cl取為3300 μ F大電容以平滑波形紋波。
[0033] 所述過(guò)壓保護(hù)電路204包括單向瞬態(tài)抑制二極管D3、電阻RU電阻R2以及MOS管 Q1，所述單向瞬態(tài)抑制二極管D3的陰極與電容Cl的正端連接，陽(yáng)極通過(guò)所述電阻Rl接地， 所述單向瞬態(tài)抑制二極管D3與電阻Rl之間的節(jié)點(diǎn)與所述MOS管的柵極連接，所述MOS管 Ql的漏極通過(guò)所述電阻R2與所述單向瞬態(tài)