一種適應(yīng)寬動(dòng)態(tài)范圍母線電流工作的耦合取能電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及禪合取能電源相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種適應(yīng)寬動(dòng)態(tài)范圍母線電流工 作的禪合取能電源，主要應(yīng)用于交流母線上監(jiān)測裝置的電源供給。
【背景技術(shù)】
[0002] 禪合取能電源是通過在電力母線上套裝可開啟式的良磁導(dǎo)體，利用電磁感應(yīng)原理 從母線電流在其周圍產(chǎn)生的交變磁場中截獲能量，再經(jīng)整流、濾波、電壓變換得到負(fù)載所需 電源。禪合取能電源的優(yōu)點(diǎn)是電源結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，面臨的困難是適應(yīng)母線電流變化的 動(dòng)態(tài)范圍不足，特別是電源的熱耗隨母線電流增大而增大，難W適應(yīng)母線電流大的情況。
[0003] 為提高禪合取能電源工作電流的上限值，主要有兩種:一是通過穩(wěn)壓式，反饋控制 式和斬波控制式控制電路等通過電子器件泄能的方式來降低電源的熱耗，由于不能改變?nèi)?能線圈應(yīng)數(shù)，使電源輸入能量不變，熱耗始終隨母線電流增大而增大，無法兼顧電流動(dòng)態(tài)范 圍的下限和上限，導(dǎo)致電流互感取能電源工作電流范圍較窄；二是通過控制取能線圈變比 降低電源熱耗的方法，采用傳感線圈檢測次級電流，并通過控制繼電器的開合實(shí)現(xiàn)取能線 圈變比的切換，使次級電流始終保持在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，但該方式不僅增加控制鐵忍、傳 感線圈和較復(fù)雜的控制電路，功耗較大，降低了取能效率，無法降低啟動(dòng)電流下限，而且對 取能線圈的切換控制的可靠性要求較高，設(shè)計(jì)不當(dāng)容易導(dǎo)致繼電器頻繁動(dòng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)中禪合取能電源存在的工作電流范圍較窄、取能 效率較低、取能線圈應(yīng)數(shù)切換時(shí)繼電器頻繁往復(fù)跳動(dòng)等問題，提出一種適應(yīng)寬動(dòng)態(tài)范圍母 線電流工作的禪合取能電源，其結(jié)構(gòu)合理而緊湊，取能效率較高，能夠根據(jù)母線電流動(dòng)態(tài)調(diào) 整取能線圈接入電路的應(yīng)數(shù)W適應(yīng)較寬動(dòng)態(tài)范圍的母線電流。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種適應(yīng)寬動(dòng)態(tài)范圍母線電流工作的禪合取能電源，包括： 禪合取能單元、取能線圈切換控制單元和電壓調(diào)整單元;禪合取能單元包括能夠套裝在電 力母線上的鐵忍和均勻繞置在其上且?guī)в兄虚g抽頭的取能線圈，中間抽頭位于取能線圈的 總線圈的中部并形成分線圈；禪合取能單元與取能線圈切換控制單元連接，取能線圈切換 控制單元與電壓調(diào)整單元連接;取能線圈切換控制單元包括保護(hù)電阻、第一分壓電阻、電阻 值可調(diào)節(jié)的第二分壓電阻、限流電阻、NPN立極管、穩(wěn)壓電容、S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源、繼電器、 光禪器件、上拉電阻和續(xù)流二極管;保護(hù)電阻的一端分別與輸入電源連接和第一分壓電阻 連接，保護(hù)電阻的另一端分別與繼電器和續(xù)流二極管的負(fù)極端連接，第一分壓電阻的另一 端與第二分壓電阻連接，第二分壓電阻與穩(wěn)壓電容并聯(lián)，穩(wěn)壓電容的負(fù)極端接模擬地，=端 可調(diào)分流基準(zhǔn)源的集電極和發(fā)射極與穩(wěn)壓電容的兩端并聯(lián)，=端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的基極與 限流電阻的一端連接，限流電阻的另一端與NPNS極管的基極連接，NPNS極管的集電極與 穩(wěn)壓電容的正極連接，NPNS極管的發(fā)射極與第二分壓電阻的電阻調(diào)節(jié)端連接，光禪器件的 輸入端負(fù)極端與=端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的基極連接，光禪器件的輸入端正極端與續(xù)流二極管 的正極端和繼電器連接并接數(shù)字地，光禪器件的輸出端的正極端與上拉電阻的一端連接， 上拉電阻的另一端與外部電源連接。
[0006] 下面是對本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)： 上述取能線圈的總線圈應(yīng)數(shù)為使禪合取能電源輸出功率最大時(shí)的應(yīng)數(shù)，分線圈應(yīng)數(shù)為 總線圈應(yīng)數(shù)的0.2~0.5倍。
[0007] 上述取能線圈切換控制單元可實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓調(diào)整單元輸出電壓，母線電流較小 時(shí)，電壓調(diào)整單元的輸出電壓小于取能線圈切換控制單元電壓設(shè)定值，取能線圈的總線圈 接入電路，母線電流較大時(shí)，電壓調(diào)整單元的輸出電壓大于取能線圈切換控制單元電壓設(shè) 定值，繼電器動(dòng)作，取能線圈的分線圈接入電路。
[0008] 上述電壓調(diào)整單元包括沖擊保護(hù)電路、整流濾波電路、過壓保護(hù)電路和DC/DC模 塊，整流濾波電路的輸入端與沖擊保護(hù)電路的輸出端連接，整流濾波電路的輸出端與過壓 保護(hù)電路的輸入端連接，過壓保護(hù)電路的輸出端與DC/D對莫塊的輸入端連接。
[0009] 上述沖擊保護(hù)電路為雙向瞬態(tài)抑制二極管，雙向瞬態(tài)抑制二極管的一端與取能線 圈總線圈和分線圈的公共端連接，雙向瞬態(tài)抑制二極管的另一端與總線圈的另一端連接。
[0010] 上述DC/DC模塊包括能夠使輸出電壓穩(wěn)定在5伏的降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓器忍片 LT3431。
[0011] 上述過壓保護(hù)電路的口檻電壓設(shè)定值高于取能線圈切換控制單元使繼電器動(dòng)作 的電壓設(shè)定值，當(dāng)DC/DC模塊輸出電壓超過過壓保護(hù)電路的口檻電壓設(shè)定值時(shí)，過壓保護(hù)電 路將后續(xù)電路與DC/D對莫塊斷開。
[0012] 上述S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源為化431，光禪器件為TLP521。
[0013] 上述取能線圈切換控制單元還包括保護(hù)二極管，S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源化431的基 極分別與保護(hù)二極管的負(fù)極端和限流電阻的一端連接，保護(hù)二極管的正極端與光禪器件的 負(fù)極端連接。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下： (1)采用帶中間抽頭的取能線圈，當(dāng)輸電線路電流較小時(shí)采用總繞組取能，當(dāng)輸電線路 電流較大時(shí)采用分繞組取能，總分繞組應(yīng)數(shù)相差可W很大，且能夠平穩(wěn)切換，因此通過改變 應(yīng)數(shù)能夠適應(yīng)較寬的動(dòng)態(tài)電流范圍。
[0015] (2)采用檢測取能線圈經(jīng)過整流濾波后的直流電壓的電壓檢測法進(jìn)行繞組的切 換，與采用傳感線圈檢測次級電流實(shí)現(xiàn)繞組變比切換相比，電壓檢測法較電流檢測法更加 靈敏，且省去了控制鐵忍和傳感線圈環(huán)節(jié)，有效降低了電壓轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗，提高了取能效 率，進(jìn)一步地降低了電流互感取能電源的最小啟動(dòng)電流。
[0016] (3)取能線圈切換控制單元采用NPNS極管和S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源，通過控制S極 管的通斷改變分壓電阻比，構(gòu)成正反饋，解決了現(xiàn)有技術(shù)中分壓電阻比為固定值時(shí)繼電器 在口檻電壓設(shè)定值附近頻繁切換使電壓調(diào)整單元輸出電壓極不穩(wěn)定的技術(shù)難題。
【附圖說明】
[0017] 圖1是禪合取能電源的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018] 圖2是取能線圈切換控制單元電路圖。
[0019] 圖3是過壓保護(hù)電路圖。
[0020] 圖4是DC/DC模塊電路圖。
[0021] 圖5是實(shí)施例二取能線圈切換控制單元電路圖。
[0022] 附圖中的編碼分別為：1為禪合取能單元，2為取能線圈切換控制單元，201為繼電 器控制電路，202為繼電器，3為電壓調(diào)整單元，RO為限流電阻，QO為NPNS極管，Rl為保護(hù)電 阻，R2為第一分壓電阻，R3為第二分壓電阻，Cl為穩(wěn)壓電容，TL431為S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源， 化P521為光禪器件，R4為上拉電阻，Dl為續(xù)流二極管，Vin為第一輸入電源，VCC為外部電源， Ql為開關(guān)管，Vinl為第二輸入電源，D2為二極管，C2為輸入穩(wěn)壓電容，R5為限流電阻，D3為 齊納二極管，C3為儲能電容，R6為第S分壓電阻，R7為第四分壓電阻，C4為輸出穩(wěn)壓電容， JGND為模擬地，GND為數(shù)字地，MAX6495為過壓保護(hù)忍片，LT3431為降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓器忍 片，D4保護(hù)二極管。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024] 實(shí)施例一 如圖1所示為禪合取能電源的結(jié)構(gòu)框圖。禪合取能電源包括禪合取能單元1，取能線圈 切換控制單元2和電壓調(diào)整單元3,其中，電壓調(diào)整單元3包括沖擊保護(hù)電路、整流濾波電路、 過壓保護(hù)電路和DC/DC模塊。禪合取能單元1的鐵忍套裝在電力母線上，帶中間抽頭的取能 線圈均勻地繞置于鐵忍上，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，取能線圈感應(yīng)出交流電動(dòng)勢，當(dāng)交流電動(dòng)勢 出現(xiàn)過電壓時(shí)沖擊保護(hù)電路的雙向瞬態(tài)抑制二極管將兩極的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收浪?功率，使兩極間的電壓巧位于一個(gè)預(yù)定值，防止受到過大的瞬時(shí)電壓破壞或干擾擊穿，保護(hù) 后續(xù)電路;整流濾波電路將禪合取能單元1感應(yīng)輸出的交流電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為直流電壓，進(jìn)一步 地調(diào)整為在線監(jiān)測設(shè)備所需的直流電壓。取能線圈切換控制單元2可W根據(jù)禪合取能單元1 輸出能量的大小調(diào)整取能線圈應(yīng)數(shù)，當(dāng)母線電流較小時(shí)，電壓調(diào)整單元的輸出電壓小于取 能線圈切換控制單元的電壓設(shè)定值，取能線圈的總線圈接入電路;當(dāng)母線電流較大時(shí)，電壓 調(diào)整單元的輸出電壓大于取能線圈切換控制單元的電壓設(shè)定值，繼電器動(dòng)作，取能線圈的 分線圈接入電路。
[0025] 進(jìn)一步地，整流濾波電路采用橋式整流濾波電路，將取能線圈感應(yīng)的交流電壓整 流成直流電壓，當(dāng)過壓保護(hù)電路檢測到其輸入電壓大于設(shè)定值時(shí)，斷開后續(xù)電路，用于保護(hù) 后續(xù)電路免受瞬間過電壓的破壞，DC/DC模塊采用降壓型電壓轉(zhuǎn)換器件，將直流電壓調(diào)整為 在線監(jiān)測設(shè)備所需的直流電壓。
[0026] 如圖2所示是取能線圈繞組切換控制單元電路圖。取能線圈切換控制單元2由繼電 器控制電路201和繼電器202兩部分組成，繼電器控制電路201的輸入端與過壓保護(hù)電路的 輸出端連接，其輸出端與繼電器202的輸入端連接用于控制繼電器202的開斷;繼電器202的 輸入端還與取能線圈連接，用于自動(dòng)調(diào)整其繞組的應(yīng)數(shù)，其輸出端與沖擊保護(hù)電路連接。在 本實(shí)施例中，繼電器控制電路201包括限流電阻RO、NPNS極管QO、保護(hù)電阻Rl、第一分壓電 阻R2、第二分壓電阻R3、穩(wěn)壓電容Cl、S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源化431、光禪器件化P521、上拉電 阻R4和續(xù)流二極管D1。保護(hù)電阻Rl的一端分別與輸入電源Vin連接和第一分壓電阻R2連接， 保護(hù)電阻Rl的另一端分別與繼電器202和續(xù)流二極管Dl的負(fù)極端連接，第一分壓電阻R2的 另一端與第二分壓電阻R3連接，第二分壓電阻R3與穩(wěn)壓電容Cl并聯(lián)，穩(wěn)壓電容Cl的負(fù)極端 接模擬地JGND，S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源化431的集電極和發(fā)射極與穩(wěn)壓電容Cl的兩端電并聯(lián)， S端可調(diào)分流基準(zhǔn)源化431的基