高压侧感应取电装置的制作方法
专利名称：高压侧感应取电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种取电装置，尤其是涉及一种直接从高压侧一次母线获取电能的高压侧感应取电装置。
背景技术：
目前常用的供电方式有太阳能、激光能、母线感应取能等方式，如:1、采用太阳能电池板，由于太阳能电池板在长期工作一段时间后，就需要维护或更换，输电线路就需要停电；而且受温度影响比较大，由于光吸收系数与温度有关，环境温度的变化对光电池的响应度和暗电流有较大的影响，所以此种方法不可靠。2、通过光纤进行激光供电，主要缺点是目前国内光电技术还不是十分成熟，国外购买光电器件的造价又比较高，而造价低一些的光电器件其能够提供的功率又有限。特别是对于大功率激光发生器来说，其激光二极管的工作寿命有限，如果长时间工作在的驱动电流比较大的状态，激光二极管容易发生退化现象等导致工作寿命迅速降低；且由于激光发射器、光纤、光电转换器易老化，极易影响供电质量。3、利用高压输电线的电流进行感应取电，该供电方式是利用电磁感应原理，由普通铁磁式互感器从高压母线上感应得到交流电电能，然后经过整流、滤波、稳压后为高压侧电路供电。该线圈处在高压端，绝缘要求低，能大大简化其设计。电力系统负荷变化很大，母线电流随之变化很大(几安培至上千安培)，母线短路瞬时电流可超过十倍额定电流。如此大的工作范围为电源变压器和稳压电路的工作带来严重困难。因此，设计时有两个需要考虑的方面:一是如何降低死区电流，保证在电力系统电流较小时能提供足以驱动处于高压侧电子电路的功率；二是当系统出现短路大电流时，如何给电子线路提供一个稳定的电源，又不会因过电压而损坏。
发明内容本实用新型的目的是提供一种用于从高压侧母线上取电，稳定可靠的高压侧感应取电装置。本实用新型设有CT线圈、前端冲击保护电路、整流电路、滤波电路、电压保护能量泄放电路和直流电源变换电路；CT线圈套在外部的高压侧母线上，CT线圈输出端并接前端冲击保护电路输入端和整流电路输入端,整流电路输出端接滤波电路输入端,滤波电路输出端接电压保护能量泄放电路输入端，电压保护能量泄放电路输出端接直流电源变换电路输入端，直流电源变换电路输出端接外部用电电路。所述前端冲击保护电路最好采用瞬变抑制二极管与电容组合的缓冲电路。所述整流电路最好采用桥式整流电路。 所述滤波电路最好采用LC- 31型复式滤波电路。所述CT线圈的铁芯材料可选用硅钢材料，线圈匝数为500匝。[0013]所述电压保护能量泄放电路中设有稳压二极管和大功率三极管。所述直流电源变换电路中设有稳压器，稳压器可采用型号为78L05的稳压器。与现有技术比较，本实用新型的有益效果如下:CT线圈从高压侧母线感应出交流电能后，将交流电经过整流电路、滤波电路、电源变换电路以满足后续电路所需的能量。其中整流电路将交流电转变为脉动的直流电压；滤波电路将脉动的直流电压转变为平滑的直流电压；电源变换电路能够把输出的直流电压稳定在所希望的数值上。本实用新型经过实际运行检验，性能稳定可靠，满足电气隔离的安全要求。从而可有效地解决了高压侧有源电子设备的电源问题。
图1为本实用新型实施例的原理框图。图2为本实用新型实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。参见图1和2，本实用新型实施例设有CT线圈T、前端冲击保护电路1、整流电路
2、滤波电路3、电压保护能量泄放电路4和直流电源变换电路5。CT线圈T套在外部的高压侦_线P上，CT线圈T输出端并接前端冲击保护电路I输入端和整流电路2输入端，整流电路2输出端接滤波电路3输入端，滤波电路3输出端接电压保护能量泄放电路4输入端，电压保护能量泄放电路4输出端接直流电源变换电路5输入端，直流电源变换电路5输出端接外部用电电路。所述前端冲击保护电路I采用瞬变抑制二极管TVSl与电容Cl组合的缓冲电路。所述整流电路2采用桥式整流电路。所述滤波电路3采用LC-Ji型复式滤波电路。所述CT线圈的铁芯材料选用硅钢材料，线圈匝数为500匝。所述电压保护能量泄放电路4采用稳压二极管Dl和大功率三极管Q1。所述直流电源变换电路5中的稳压器采用型号为78L05的稳压器。本实用新型工作原理说明如下:供电方式是利用电磁感应原理，由普通铁磁式互感器从高压母线上感应得到交流电能，然后经过整流、滤波、稳压后为高压侧电路供电。其供电的能量来自高压母线电流，取能是通过一个套在母线上的磁感应线圈来完成的，母线环周围存在磁场，通过磁场来获取能量。CT组从母线上取得电能，CT组有多个二次侧输出绕组。得到的感应电压通过整流、滤波、稳压，DC-DC变换等后续电路处理后，供给电子式电流互感器高压侧电子线路。当母线电流能满足后续电路的取能要求时，高压侧电路的供电由取能CT 二次侧的感应电压变换得到。当母线电流发生短路时(故障电流可超过额定电流的十倍以上)，必须有相应的措施对后续电路进行保护，否则电子线路就会烧毁。这个问题通过采用瞬变抑制二极管TVSl来解决，当CT的输出电压幅值上升到一定值时，瞬变抑制二极管TVSl导通，同时把CT的输出电压钳制其在某一数值以下，可以有效保护后续电路。电压变换第一步是要把CT 二次侧绕组的输出电压由交流电压变成直流电压。这里采取全波整流桥电路。对这部分的电路对二极管的要求有两个:要有足够的耐压值和要有较小的正向导通压降。经过比较筛选决定采用肖特基二极管。是一种新型的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。由于整流电流并不大，相比之下对整流电压比较高，所以选用耐压强度较高的型号即可。交流电经整流电路后可变为脉动直流电，其中含有较大的交流分量，为了使设备能用上纯净的直流电，还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。通过比较，在此设计采用复式滤波电路一LC- 31型滤波电路，在电容C滤波的基础上加上一级LC滤波，比LC电路滤波效果更好输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而比只有LC滤波时，提高了输出电压。由于母线电流的变化范围大，感应电压经过整流、滤波后将会得到宽范围的直流电压，需要通过一个大范围输入、单一稳定输出的直流降压变换来得到一个稳定的5V电压，以满足高压侧电路需要。采用78L05稳压器，它的输入电压范围是7V 30V，输出为+5V直流电压。本实用新型设有保护电路:(I)过电压的防护:瞬态(瞬变)电压抑制二级管(TVS)器件，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。TVS能承受的瞬时脉其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。(2)整流滤波后电压随着母线电流升高而升高，铁心饱和后，感应出的电压也较高，须限制过电压以使DC-DC模块免受损坏。当电压较高时，稳压二极管Dl击穿，额定电流为IOA的大功率三极管工作，多余能量被泄放；当电压较低时，Dl不会被击穿，故不会影响启动电流或小电流下电源的正常工作。(3)电路中限流分压电阻R的阻值会影响到低压电路中的电压分配，故需要对其整定值进行讨论，并加以试验验证。(4)稳压器的保护:为了减少输出纹波电压，有时需要在输出端并联一只大容量的电解电容器C4。然而这样随之产生一个弊病,一旦输入端出现短路时,输出端上大电容器上存储的电荷就要通过稳压器内部电路调整管的发射极与基极PN结泄放。由于电容的能量释放较大，很有可能造成调压管的损坏。为了防止这种情况的发生，可以在输入和输出端子之间跨接一个保护二极管D2，它为C4上电荷的泄放提供了一个分路，对稳压器起到保护作用。CT线圈为500圈时的电源样机测试结果如表I所示。表I
权利要求1.高压侧感应取电装置，其特征在于，设有CT线圈、前端冲击保护电路、整流电路、滤波电路、电压保护能量泄放电路和直流电源变换电路； CT线圈套在外部的高压侧母线上，CT线圈输出端并接前端冲击保护电路输入端和整流电路输入端，整流电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接电压保护能量泄放电路输入端，电压保护能量泄放电路输出端接直流电源变换电路输入端，直流电源变换电路输出端接外部用电电路。
2.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述前端冲击保护电路采用瞬变抑制二极管与电容组合的缓冲电路。
3.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述整流电路采用桥式整流电路。
4.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述滤波电路采用LC-π型复式滤波电路。
5.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述CT线圈的匝数为500匝。
6.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述电压保护能量泄放电路中设有稳压二极管和三极管。
7.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述所述直流电源变换电路中设有稳压器，稳压器采用型号为78L05的稳压器。
专利摘要高压侧感应取电装置，涉及一种取电装置。提供一种用于从高压侧母线上取电，稳定可靠的高压侧感应取电装置。设有CT线圈、前端冲击保护电路、整流电路、滤波电路、电压保护能量泄放电路和直流电源变换电路；CT线圈套在外部的高压侧母线上，CT线圈输出端并接前端冲击保护电路输入端和整流电路输入端，整流电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接电压保护能量泄放电路输入端，电压保护能量泄放电路输出端接直流电源变换电路输入端，直流电源变换电路输出端接外部用电电路。性能稳定可靠，满足电气隔离的安全要求。有效地解决了高压侧有源电子设备的电源问题。
文档编号H02H9/04GK203014502SQ201320018000
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者陈文芗, 侯磊, 洪剑锋, 王 华, 朱维龙, 陈忠祥 申请人:厦门大学
技术领域：
本实用新型涉及一种取电装置，尤其是涉及一种直接从高压侧一次母线获取电能的高压侧感应取电装置。
背景技术：
目前常用的供电方式有太阳能、激光能、母线感应取能等方式，如:1、采用太阳能电池板，由于太阳能电池板在长期工作一段时间后，就需要维护或更换，输电线路就需要停电；而且受温度影响比较大，由于光吸收系数与温度有关，环境温度的变化对光电池的响应度和暗电流有较大的影响，所以此种方法不可靠。2、通过光纤进行激光供电，主要缺点是目前国内光电技术还不是十分成熟，国外购买光电器件的造价又比较高，而造价低一些的光电器件其能够提供的功率又有限。特别是对于大功率激光发生器来说，其激光二极管的工作寿命有限，如果长时间工作在的驱动电流比较大的状态，激光二极管容易发生退化现象等导致工作寿命迅速降低；且由于激光发射器、光纤、光电转换器易老化，极易影响供电质量。3、利用高压输电线的电流进行感应取电，该供电方式是利用电磁感应原理，由普通铁磁式互感器从高压母线上感应得到交流电电能，然后经过整流、滤波、稳压后为高压侧电路供电。该线圈处在高压端，绝缘要求低，能大大简化其设计。电力系统负荷变化很大，母线电流随之变化很大(几安培至上千安培)，母线短路瞬时电流可超过十倍额定电流。如此大的工作范围为电源变压器和稳压电路的工作带来严重困难。因此，设计时有两个需要考虑的方面:一是如何降低死区电流，保证在电力系统电流较小时能提供足以驱动处于高压侧电子电路的功率；二是当系统出现短路大电流时，如何给电子线路提供一个稳定的电源，又不会因过电压而损坏。
发明内容本实用新型的目的是提供一种用于从高压侧母线上取电，稳定可靠的高压侧感应取电装置。本实用新型设有CT线圈、前端冲击保护电路、整流电路、滤波电路、电压保护能量泄放电路和直流电源变换电路；CT线圈套在外部的高压侧母线上，CT线圈输出端并接前端冲击保护电路输入端和整流电路输入端,整流电路输出端接滤波电路输入端,滤波电路输出端接电压保护能量泄放电路输入端，电压保护能量泄放电路输出端接直流电源变换电路输入端，直流电源变换电路输出端接外部用电电路。所述前端冲击保护电路最好采用瞬变抑制二极管与电容组合的缓冲电路。所述整流电路最好采用桥式整流电路。 所述滤波电路最好采用LC- 31型复式滤波电路。所述CT线圈的铁芯材料可选用硅钢材料，线圈匝数为500匝。[0013]所述电压保护能量泄放电路中设有稳压二极管和大功率三极管。所述直流电源变换电路中设有稳压器，稳压器可采用型号为78L05的稳压器。与现有技术比较，本实用新型的有益效果如下:CT线圈从高压侧母线感应出交流电能后，将交流电经过整流电路、滤波电路、电源变换电路以满足后续电路所需的能量。其中整流电路将交流电转变为脉动的直流电压；滤波电路将脉动的直流电压转变为平滑的直流电压；电源变换电路能够把输出的直流电压稳定在所希望的数值上。本实用新型经过实际运行检验，性能稳定可靠，满足电气隔离的安全要求。从而可有效地解决了高压侧有源电子设备的电源问题。
图1为本实用新型实施例的原理框图。图2为本实用新型实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。参见图1和2，本实用新型实施例设有CT线圈T、前端冲击保护电路1、整流电路
2、滤波电路3、电压保护能量泄放电路4和直流电源变换电路5。CT线圈T套在外部的高压侦_线P上，CT线圈T输出端并接前端冲击保护电路I输入端和整流电路2输入端，整流电路2输出端接滤波电路3输入端，滤波电路3输出端接电压保护能量泄放电路4输入端，电压保护能量泄放电路4输出端接直流电源变换电路5输入端，直流电源变换电路5输出端接外部用电电路。所述前端冲击保护电路I采用瞬变抑制二极管TVSl与电容Cl组合的缓冲电路。所述整流电路2采用桥式整流电路。所述滤波电路3采用LC-Ji型复式滤波电路。所述CT线圈的铁芯材料选用硅钢材料，线圈匝数为500匝。所述电压保护能量泄放电路4采用稳压二极管Dl和大功率三极管Q1。所述直流电源变换电路5中的稳压器采用型号为78L05的稳压器。本实用新型工作原理说明如下:供电方式是利用电磁感应原理，由普通铁磁式互感器从高压母线上感应得到交流电能，然后经过整流、滤波、稳压后为高压侧电路供电。其供电的能量来自高压母线电流，取能是通过一个套在母线上的磁感应线圈来完成的，母线环周围存在磁场，通过磁场来获取能量。CT组从母线上取得电能，CT组有多个二次侧输出绕组。得到的感应电压通过整流、滤波、稳压，DC-DC变换等后续电路处理后，供给电子式电流互感器高压侧电子线路。当母线电流能满足后续电路的取能要求时，高压侧电路的供电由取能CT 二次侧的感应电压变换得到。当母线电流发生短路时(故障电流可超过额定电流的十倍以上)，必须有相应的措施对后续电路进行保护，否则电子线路就会烧毁。这个问题通过采用瞬变抑制二极管TVSl来解决，当CT的输出电压幅值上升到一定值时，瞬变抑制二极管TVSl导通，同时把CT的输出电压钳制其在某一数值以下，可以有效保护后续电路。电压变换第一步是要把CT 二次侧绕组的输出电压由交流电压变成直流电压。这里采取全波整流桥电路。对这部分的电路对二极管的要求有两个:要有足够的耐压值和要有较小的正向导通压降。经过比较筛选决定采用肖特基二极管。是一种新型的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。由于整流电流并不大，相比之下对整流电压比较高，所以选用耐压强度较高的型号即可。交流电经整流电路后可变为脉动直流电，其中含有较大的交流分量，为了使设备能用上纯净的直流电，还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。通过比较，在此设计采用复式滤波电路一LC- 31型滤波电路，在电容C滤波的基础上加上一级LC滤波，比LC电路滤波效果更好输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而比只有LC滤波时，提高了输出电压。由于母线电流的变化范围大，感应电压经过整流、滤波后将会得到宽范围的直流电压，需要通过一个大范围输入、单一稳定输出的直流降压变换来得到一个稳定的5V电压，以满足高压侧电路需要。采用78L05稳压器，它的输入电压范围是7V 30V，输出为+5V直流电压。本实用新型设有保护电路:(I)过电压的防护:瞬态(瞬变)电压抑制二级管(TVS)器件，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。TVS能承受的瞬时脉其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。(2)整流滤波后电压随着母线电流升高而升高，铁心饱和后，感应出的电压也较高，须限制过电压以使DC-DC模块免受损坏。当电压较高时，稳压二极管Dl击穿，额定电流为IOA的大功率三极管工作，多余能量被泄放；当电压较低时，Dl不会被击穿，故不会影响启动电流或小电流下电源的正常工作。(3)电路中限流分压电阻R的阻值会影响到低压电路中的电压分配，故需要对其整定值进行讨论，并加以试验验证。(4)稳压器的保护:为了减少输出纹波电压，有时需要在输出端并联一只大容量的电解电容器C4。然而这样随之产生一个弊病,一旦输入端出现短路时,输出端上大电容器上存储的电荷就要通过稳压器内部电路调整管的发射极与基极PN结泄放。由于电容的能量释放较大，很有可能造成调压管的损坏。为了防止这种情况的发生，可以在输入和输出端子之间跨接一个保护二极管D2，它为C4上电荷的泄放提供了一个分路，对稳压器起到保护作用。CT线圈为500圈时的电源样机测试结果如表I所示。表I
权利要求1.高压侧感应取电装置，其特征在于，设有CT线圈、前端冲击保护电路、整流电路、滤波电路、电压保护能量泄放电路和直流电源变换电路； CT线圈套在外部的高压侧母线上，CT线圈输出端并接前端冲击保护电路输入端和整流电路输入端，整流电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接电压保护能量泄放电路输入端，电压保护能量泄放电路输出端接直流电源变换电路输入端，直流电源变换电路输出端接外部用电电路。
2.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述前端冲击保护电路采用瞬变抑制二极管与电容组合的缓冲电路。
3.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述整流电路采用桥式整流电路。
4.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述滤波电路采用LC-π型复式滤波电路。
5.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述CT线圈的匝数为500匝。
6.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述电压保护能量泄放电路中设有稳压二极管和三极管。
7.如权利要求1所述的高压侧感应取电装置，其特征在于，所述所述直流电源变换电路中设有稳压器，稳压器采用型号为78L05的稳压器。
专利摘要高压侧感应取电装置，涉及一种取电装置。提供一种用于从高压侧母线上取电，稳定可靠的高压侧感应取电装置。设有CT线圈、前端冲击保护电路、整流电路、滤波电路、电压保护能量泄放电路和直流电源变换电路；CT线圈套在外部的高压侧母线上，CT线圈输出端并接前端冲击保护电路输入端和整流电路输入端，整流电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接电压保护能量泄放电路输入端，电压保护能量泄放电路输出端接直流电源变换电路输入端，直流电源变换电路输出端接外部用电电路。性能稳定可靠，满足电气隔离的安全要求。有效地解决了高压侧有源电子设备的电源问题。
文档编号H02H9/04GK203014502SQ201320018000
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者陈文芗, 侯磊, 洪剑锋, 王 华, 朱维龙, 陈忠祥 申请人:厦门大学
最新回复(0)