CN104600828A - 一种高速电力线载波专用智能电源控制器 - Google Patents

一种高速电力线载波专用智能电源控制器 Download PDF

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李波
林聪�
曹敏
胡万层
刘清蝉
雷正明
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Electric Power Research Institute of Yunnan Power System Ltd
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Abstract

本发明公开了一种高速电力线载波专用智能电源控制器，包括电磁感应线圈、整流滤波限压保护电路、太阳能电池板、应线圈PWM充电电路，电磁感应线圈与高压导线形成变压器，电磁感应线圈与整流滤波限压保护电路连接，整流滤波限压保护电路、太阳能电池板分别与应线圈PWM充电电路连接，应线圈PWM充电电路连接单片机，单片机完成电压采集与PWM控制，应线圈PWM充电电路还连接蓄电池，蓄电池连接PWM负载电源，单片机也连接PWM负载电源，PWM负载电源连接H-PLC负载。采用上述技术方案制成了一种在没有220V交流电源供应的情况下通过高压电磁感应线圈和太阳能电池为H-PLC装置提供持续的电力来源，在太阳能电池和感应线圈的输出功率不足的情况下由蓄电池对H-PLC设备进行供电。

Description

一种高速电力线载波专用智能电源控制器
技术领域
本发明涉及属于高速电力线载波通信的范畴，特别涉及一种高速电力线载波专用智能电源控制器，用于H-PLC设备的电源供应，同时也适用于其它高压线路上小功率智能设备的不间断电源供应。
背景技术
H-PLC装置工作在35kV-10kV的高中压线路上，为解决H-PLC装置的供电问题，目前分别有太阳能和高压感应线圈这两种方式可以为H-PLC装置提供电能，但是如果单独的采用其中一直方式则会受到如下制约，采用太阳能电池在白天阳光充足的条件下为蓄电池充电，并且同时给设备供电，但是如果连续遇到阴雨天气则太阳能的输出功率不足导致无法为负载提供足够的能源，而且单纯依赖于太阳能电池就需要较大功率的电池板，无疑增加了安装难度和电源成本；而使用高压感应线圈的方式供电也会遇到启动电流的限制，在10kV的线路上需要60A以上的电流才能使感应线圈的供电模式启动，要达到20W的输出功率则需要100A以上的电流才行，由于居民用电的特性在夜间或用电低谷时段很难在10kV尾段或支线获得这样的大电流，因此单纯使用高压感应线圈也不能可靠的确保H-PLC设备的电源供应。
高压感应线圈将高压输电导线周围的电磁能量转化为电能，通过整流滤波电路和限压保护电路输出到由单片机控制的PWM充电电路，为蓄电池或H-PLC负载供电，高压感应线圈的输出功率受到流经高压导线的电流大小影响，只有电流大于60A以上充电电路才能正常工作。太阳能电池是一种利用光生伏打效应把光能转换为电能的器件，它的输出电流随着光强度的加大而增大。根据太阳能电池的输出伏安特性曲线，负载的匹配特性决定了***的工作特性和太阳电池的有效利用率。由于他们的特性导致都不能很好的确保H-PLC设备的电源供应。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种在没有220V交流电源供应的情况下通过高压电磁感应线圈和太阳能电池为H-PLC装置提供持续的电力来源。
本发明中的一种高速电力线载波专用智能电源控制器，包括电磁感应线圈、整流滤波限压保护电路、太阳能电池板、应线圈PWM充电电路，所述电磁感应线圈与高压导线形成变压器，所述电磁感应线圈与整流滤波限压保护电路连接，所述整流滤波限压保护电路、太阳能电池板分别与应线圈PWM充电电路连接，所述应线圈PWM充电电路连接单片机，所述单片机完成电压采集与PWM控制，所述应线圈PWM充电电路还连接蓄电池，所述蓄电池连接PWM负载电源，所述单片机也连接PWM负载电源，所述PWM负载电源连接H-PLC负载。PWM，即脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
上述方案中，所述单片机包括8个管脚，其中包括4个A/D采样端口、1个热敏电阻和3个PWM控制端口。
上述方案中，所述整流滤波限压保护电路为全波整流桥。
上述方案中，3个所述PWM控制端口分别为PWM1、PWM2、PWM3，PWM1的占空比用于控制PWM1的输出电压，PWM2的占空比用于控制PWM2的输出电压，PWM3的占空比用于控制PWM3的输出电压。
本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种在没有220V交流电源供应的情况下通过高压电磁感应线圈和太阳能电池为H-PLC装置提供持续的电力来源。本发明利用太阳能电池板和高压电磁感应线圈相结合的方法对蓄电池进行充电储能，在太阳能电池和感应线圈的输出功率不足的情况下由蓄电池对H-PLC设备进行供电。这种新的方法能够避免由于单独采用太阳能电池供电时受到的连续阴雨天气的影响，同时也能避免因为10kV线路电流过小导致感应线圈无法输出足够功率对蓄电池充电的问题。两种相结合的取能方式可以缩短电源的断电时间，在短时间能将电池充满，即便遇到连续的阴雨天气也能保证H-PLC设备正常的电源供应，能够最大限度的确保蓄电池的满电状态，使H-PLC设备获得稳定的电源供应。
基于单片机智能控制的PWM充电电路可以精确的判断负载输出电流和充电电流的大小，根据蓄电池的特性进行充放电管理，延长蓄电池的使用寿命，利用单片机通过对负载端的A/D采样进行分析，合理分配高压感应线圈和太阳能电池板的PWM端口分别控制相应PWM电源的输出电流实现输出功率的最大化。通过控制PWM的占空比不断改变其负载阻抗的大小，从而达到阵列与负载的最佳匹配，实现太阳能电池的最大输出功率，为蓄电池充电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明智能电源控制器原理框图；
图2为本发明智能电源控制器电路原理图。
图中：1、电磁感应线圈  2、整流滤波限压保护电路  3、太阳能电池板
      4、应线圈PWM充电电路  5、单片机  6、蓄电池
      7、PWM负载电源  8、H-PLC负载
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明是一种高速电力线载波专用智能电源控制器，包括电磁感应线圈1、整流滤波限压保护电路2、太阳能电池板3、应线圈PWM充电电路4，电磁感应线圈1与高压导线形成变压器，电磁感应线圈1与整流滤波限压保护电路2连接，整流滤波限压保护电路2、太阳能电池板3分别与应线圈PWM充电电路4连接，应线圈PWM充电电路4连接单片机5，单片机5完成电压采集与PWM控制，应线圈PWM充电电路4还连接蓄电池6，蓄电池6连接PWM负载电源7，单片机5也连接PWM负载电源7，PWM负载电源7连接H-PLC负载8。
整流滤波限压保护电路为全波整流桥，全波整流桥可以将感应线圈的50Hz交流电转换成直流电，电容器的作用是滤波，使输出的电压波形平稳，D1和R1组成一个瞬态抑制电路，当感应线圈突然输出高压时(高压线路短路或重负载时会产生巨大电流，导致感应线圈突然输出高电压)D1导通，过剩的电流通过R1功率电阻消耗掉，以免过高的电压造成PWM模块损坏；另外2个电阻组成一个分压器，单片机利用内部的基准电压对分压器采集到的电压进行比较，以此判断感应线圈输出的电压值是多少，然后调整PWM1的占空比稳定输出电压。
如图2所示，单片机包括8个管脚，其中包括4个A/D采样端口、1个热敏电阻和3个PWM控制端口，其中，二极管为D11N4757稳压二极管；R1为功率电阻；
a1：单片机的A/D1采样端口对感应线圈的电压进行采样；
a2：单片机的A/D2采样端口对太阳能电池的电压进行采样；
a3：单片机的A/D3采样端口对蓄电池的电压进行采样；
a4：单片机的A/D4采样端口对输出电压进行采样；
b1：热敏电阻检测蓄电池温度，当温度异常则关闭***；
b2：单片机的PWM控制端口，控制电源PWM 2的占空比；
b3：单片机的PWM控制端口，控制电源PWM 1的占空比；
b4：单片机的PWM控制端口，控制电源PWM 3的占空比。
单片机是整个控制器的核心，单片机的PWM1输出PWM信号控制电磁感应线圈的充电电流，当高压感应线圈能够提供足够的功率输出时对蓄电池进行充电；单片机的PWM2输出PWM信号控制太阳能电池的充电电流，当太阳能电池有足够的输出功率时对蓄电池进行充电；限压保护电路由稳压二极管和功率电阻组成，当高压感应线圈有充足的功率输出而蓄电池又不需要充电时为了避免感应线圈输出高电压对设备和人身产生危害，稳压二极管在达到保护电压的时候击穿，电流通过功率电阻释放，使得感应线圈的电压回落到安全值。使用单片机精确控制蓄电池的充放电，符合蓄电池特性，延长使用寿命；采用专用程序控制PWM电路进行电源管理，提高效率；针对H-PLC芯片组设计9V-0.2A和5V-0.5A双路低波纹稳压输出；超小体积，能够满足H-PLC设备内部安装尺寸要求。
其控制方式为：
1)在单片机的A/D1采样端口对感应线圈的电压进行采样，在输出电流小于充电电流的前提下控制PWM1的占空比，使感应线圈的电压维持在43V，这时感应线圈的输出功率最大化。
2)在单片机的A/D2采样端口对太阳能电池的电压进行采样，在输出电流小于充电需求电流的前提下控制PWM2的占空比，使太阳能电池的电压值维持在17.2V，这时太阳能电池的输出功率最大化。
3)在单片机的A/D3采样端口对蓄电池的电压进行采样，根据蓄电池端的电压值判断所需充电电流的大小(含负载输出电流)。
4)通过在单片机的A/D4采样端口对输出电压进行采样，控制负载输出PWM3的占空比，使PWM3电压输出稳定的9V和5V电压。
5)当蓄电池端的电压达到13.8V以上时，控制PWM1和PWM2的占空比使蓄电池维持在浮充状态，如果电磁感应线圈和太阳能的输出功率都小于负载功率时，自动转化为由蓄电池对负载供电。直到感应线圈和太阳能有足够的输出功率才再次对蓄电池进行充电。
6)当高压感应线圈的输出负载减小，感应线圈输出的电压逐渐升高为避免感应线圈输出高电压对设备和人身产生危害，稳压二极管D1导通，电流通过功率电阻R1释放，使得感应线圈的电压限制在安全值内。
7)热敏电阻检测蓄电池温度，当温度异常则关闭***。
PWM1的占空比主要用于控制PWM1的输出电压，这个电压的变化受到蓄电池充电程度和负载输出大小的影响，PWM1的占空比要根据蓄电池的充电状态进行调整，同时还要考虑感应线圈输出的电压大小，感应线圈输出的电压高占空比要变大，感应线圈输出的电压低占空比会变小。PWM2的占空比也是根据太阳能电池的输出电压进行调整的，不同的是太阳能电池属于高内阻电源，为了将太阳能电池的输出功率最大化，需要将太阳能电池的输出电压维持在17.2V这时可以达到最大效率。PWM3的占空比取决于PLC设备等负载的功率大小，PWM3的作用是将输出电压稳定在+9V和+5V。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高速电力线载波专用智能电源控制器，其特征在于，包括电磁感应线圈、整流滤波限压保护电路、太阳能电池板、应线圈PWM充电电路，所述电磁感应线圈与高压导线形成变压器，所述电磁感应线圈与整流滤波限压保护电路连接，所述整流滤波限压保护电路、太阳能电池板分别与应线圈PWM充电电路连接，所述应线圈PWM充电电路连接单片机，所述单片机完成电压采集与PWM控制，所述应线圈PWM充电电路还连接蓄电池，所述蓄电池连接PWM负载电源，所述单片机也连接PWM负载电源，所述PWM负载电源连接H-PLC负载。
2.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波专用智能电源控制器，其特征在于，所述单片机包括8个管脚，其中包括4个A/D采样端口、1个热敏电阻和3个PWM控制端口。
3.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波专用智能电源控制器，其特征在于，所述整流滤波限压保护电路为全波整流桥。
4.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波专用智能电源控制器，其特征在于，3个所述PWM控制端口分别为PWM1、PWM2、PWM3，PWM1的占空比用于控制PWM1的输出电压，PWM2的占空比用于控制PWM2的输出电压，PWM3的占空比用于控制PWM3的输出电压。
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