CN213402578U - 一种感应取电电路及基于该电路的无源无线测温装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种感应取电电路及基于该电路的无源无线测温装置，感应取电电路包括感应取电部分、冲击保护电路、整流滤波电路、过压过流保护电路、DC/DC稳压电路、充放电管理电路，感应取电部分从高压输电线取电并通过冲击保护电路输出至整流滤波电路，经整流滤波电路整流滤波后输出至DC/DC稳压电路，由DC/DC稳压电路稳压后通过充放电管理电路连接负载，过压过流保护电路连接至整流滤波电路和DC/DC稳压电路之间。无源无线测温装置包括控制器、测温电路，控制器作为负载与感应取电电路输出至负载的一路连接，测温电路与控制器的信号输入端连接。本实用新型可有效的解决实际供电及测温问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及取电电路领域，具体是一种感应取电电路及基于该电路的无源无线测温装置。
背景技术
高压线运行过程中，由于高温造成的损毁现象时有发生。当前高压线测温装置基本需要电源，到期更换操作起来比较麻烦，而高压输电线上变化的电流能为设备提供感应取电的条件，利用感应取电设计的测温装置可以不需要使用一次性电池，也就避免了更换电池的后期维护，提升了设备的可靠性与使用寿命。
现有技术感应取电一般采用电流互感器，电流互感器外套于高压输电线外，电流互感器上缠绕取能线圈，由电流互感器感应高压输电线交流磁场变化并由取能线圈产生电压电流向外输出。但是由于高压输电线(一次侧)电流变化范围较大，正常的电流变化范围为5A到1000A。如何针对变化巨大的电流引起的变化巨大的感应电动势，为设备提供稳定的电源成为难点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种感应取电电路，以及基于感应取电电路的测温装置，以解决现有技术感应取电时由于高压输电线电流变化范围大导致无法输出稳定电源的问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种感应取电电路，包括感应取电部分，其特征在于：还包括冲击保护电路、整流滤波电路、过压过流保护电路、DC/DC稳压电路、充放电管理电路，感应取电部分从高压输电线取电并通过冲击保护电路输出至整流滤波电路，经整流滤波电路整流滤波后输出至DC/DC稳压电路，由DC/DC稳压电路稳压后通过充放电管理电路连接负载，过压过流保护电路连接至整流滤波电路和DC/DC稳压电路之间，其中：
冲击保护电路由自恢复保险丝、TVS管构成，整流滤波电路由整流桥和滤波电容组构成，感应取电部分两个输出端通过第一自恢复保险丝与整流滤波电路中整流桥两个输入端连接形成回路，TVS管并联至整流桥两输入端之间，整流桥的负极输出端接地，整流桥的正极输出端连接至DC/DC稳压电路；
DC/DC稳压电路包括DC/DC芯片，整流滤波电路中整流桥的正极输出端连接至DC/DC芯片的输入端，整流滤波电路中的滤波电容组一端连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间，滤波电容组另一端与DC/DC芯片的接地端共接接地；
过压过流保护电路由NMOS管、瞬间电压抑制二极管、压降电阻和放电电阻构成，其中瞬间电压抑制二极管的阴极连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间，瞬间电压抑制二极管的阳极通过压降电阻与DC/DC芯片的接地端共接接地，NMOS管的栅极连接至瞬间电压抑制二极管阳极、压降电阻之间，NMOS管的源极与DC/DC芯片的接地端共接接地，NMOS管的漏极通过放电电阻连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间；
充放电管理电路包括两个二极管、两个电压采样支路、限流电阻、PMOS管、NMOS管和充放电器件；DC/DC稳压电路中DC/DC芯片的输出端与充放电管理电路中第一个二极管阳极连接，充放电管理电路中第一个二极管的阴极分出两路，其中一路连接至负载，另一路通过限流电阻与充放电管理电路中第二个二极管阳极连接，充放电管理电路中第二个二极管阴极与充放电器件一端连接，充放电器件另一端与DC/DC芯片的接地端共接接地；充放电管理电路中第一个电压采样支路一端连接至DC/DC芯片输出端、充放电管理电路中第一个二极管阳极之间，第一个电压采样支路另一端连接至DC/DC芯片接地端、充放电器件对应端之间；第二个电压采样支路一端连接至充放电管理电路中第二个二极管阴极、充放电器件对应端之间，第二个电压采样支路另一端连接至DC/DC芯片接地端、充放电器件对应端之间；充放电管理电路中的NMOS管源极连接至DC/DC芯片接地端、充放电器件对应端之间，充放电管理电路中的NMOS管漏极与PMOS管的栅极连接，PMOS管的漏极连接至充放电管理电路中第一个二极管阴极和限流电阻之间，PMOS管的源极连接至充放电管理电路中第二个二极管阴极和充电器件对应端之间；充放电管理电路中两个电压采样支路、NMOS管的栅极分别与外部控制器连接。
所述的一种感应取电电路，其特征在于：整流滤波电路中的滤波电容组由多个电容并联构成，多个电容并联后一端连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间，另一端与DC/DC芯片的接地端共接接地。
所述的一种感应取电电路，其特征在于：DC/DC芯片输入端与整流桥正极输出端之间还接入有自恢复保险丝，保护电路中NMOS管的漏极通过放电电阻连接至整流桥正极输出端、自恢复保险丝之间。
所述的一种感应取电电路，其特征在于：DC/DC稳压电路中，DC/DC芯片输入端前端设置稳压管，稳压管阳极端与DC/DC芯片的接地端共接接地，稳压管阴极端连接至自恢复保险丝、DC/DC芯片输入端之间。
所述的一种感应取电电路，其特征在于：DC/DC稳压电路中，DC/DC芯片的输出端连接由电感、反馈电阻构成的反馈支路，通过反馈支路调节DC/DC芯片的输出电压。
所述的一种感应取电电路，其特征在于：充放电管理电路中的充放电器件为超级电容或者电池。
一种基于感应取电电路的无源无线测温装置，其特征在于：包括控制器、测温电路，控制器作为负载与感应取电电路中充放电管理电路的第一个二极管阴极输出至负载的一路连接，测温电路的输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的信号输入端还与感应取电电路中充放电管理电路的两个电压采样支路连接，控制器的信号输出端与感应取电电路中充放电管理电路的NMOS管栅极连接。
所述的一种基于感应取电电路的无源无线测温装置，其特征在于：所述控制器的通讯端连接有无线通讯电路。
与现有技术相比，本实用新型优点为：
1)防过压：当一次侧电流较大时，感应出的电能大大超过后端采集***的需要时，可通过过压过流保护电路来保证后端***的安全运行，并通过充放电管理来给超级电容或电池充电储能，以便在感应取能不足时使用。
2)防停电：通过电压采样支路判断一次侧电流较小时，感应出的电能不能满足后端采集***的需要时，利用充放电管理电路配合超级电容或电池来给后端***供电，实现电路的持续稳定工作。
3)本实用新型中的感应取电电路可为测温装置提供稳定的电源，无需外加电源及换电，并可实现高压线路的无线测温。
附图说明
图1是本实用新型感应取电电路结构原理图。
图2是本实用新型感应取电电路结构图。
图3是本实用新型感应取电电路中冲击保护电路图。
图4是本实用新型整流滤波电路图。
图5是本实用新型过压过流保护电路图。
图6是本实用新型DC/DC稳压电路图。
图7是本实用新型作为DC/DC芯片的LM5163芯片原理图。
图8是本实用新型充放电管理电路图。
图9是本实用新型无线测温装置结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，一种感应取电电路，包括感应取电部分、冲击保护电路、整流滤波电路、过压过流保护电路、DC/DC稳压电路、充放电管理电路，感应取电部分由电流互感器构成，电流互感器外套于高压输电线外，电流互感器上缠绕取能线圈，由电流互感器感应高压输电线交流磁场变化并由取能线圈产生电压电流向外输出。感应取电部分中取能线圈两端通过冲击保护电路连接至整流滤波电路，经整流滤波电路整流滤波后将电能输出至DC/DC稳压电路，由DC/DC稳压电路稳压后通过充放电管理电路连接负载，过压过流保护电路连接至整流滤波电路和DC/DC稳压电路之间。
如图2、图3、图4所示，本实用新型中冲击保护电路主要由自恢复保险丝F1、TVS管D8构成，整流滤波电路由整流桥D5、滤波电容C1、滤波电容2构成。电流互感器T1中取能线圈的一端通过自恢复保险丝F1与整流桥D5的一个输入端连接，整流桥D5的另一个输入端与取能线圈的另一端连接，TVS管D8的一端连接至自恢复保险丝F1、整流桥D5对应输入端之间，TVS管D8的另一端连接至整流桥D5另一个输入端、取能线圈另一端之间。整流桥D5的负极输出端接地，正极输出端连接至DC/DC稳压电路。
冲击保护电路中的TVS管D8的击穿电压为200V，其作用主要是防止雷击或线路出现短路电流冲击。当发生雷击或线路出现短路大电流时，此时电流互感器T1铁心会感应一个很高的冲击电压，这对后端电路极为不利；为了保护后端线路，在取能线圈两端接一个TVS管D8，吸收浪涌功率，从而把它两端间的电压钳位在一个预定的数值上，有效地保护后面的电路元件不因瞬态高电压的冲击而损坏。
整流滤波电路中采用整流桥对感应电压进行整流，整流后经滤波电容C1、滤波电容2相互并联构成的滤波电容组进行滤波。整流桥可选用的器件包括但不限于KBJ2M，其耐压值为1000V，导通压降为1.0V，整流输出电流可达2A。
如图2、图4、图6所示，本实用新型中的DC/DC稳压电路包括DC/DC芯片U1，整流滤波电路中整流桥D5的正极输出端与DC/DC芯片U1的输入端VIN连接。整流滤波电路中，滤波电容C1、滤波电容2相互并联后一端连接至整流桥D5的正极输出端、DC/DC芯片U1的输入端VIN之间，滤波电容C1、滤波电容2相互并联后另一端与DC/DC芯片U1的接地端GND共接接地。
如图2、图5所示，本实用新型中的过压过流保护电路包括瞬间电压抑制二极管D4、放电电阻R5、压降电阻R6、NMOS管Q2，以及电容C3、稳压二极管D9、自恢复保险丝F2。瞬间电压抑制二极管D4的阴极端连接至整流桥D8正极输出端、DC/DC芯片U1输入端VIN之间，瞬间电压抑制二极管D4的阳极端通过压降电阻R6与DC/DC芯片U1的接地端GND共接接地。NMOS管Q2的栅极连接至瞬间电压抑制二极管阳极D4、压降电阻R6之间，NMOS管Q2的源极与DC/DC芯片U1的接地端GND共接接地，NMOS管Q2的漏极通过放电电阻R5连接至整流桥D8正极输出端、DC/DC芯片U1输入端VIN之间。电容C3接入至NMOS管Q2的栅极、源极之间，稳压二极管D9阴极连接至NMOS管Q2的栅极、阳极连接至NMOS管Q2的源极。自恢复保险丝F2接入至DC/DC芯片U1输入端VIN前，整流滤波电路中滤波电容组一端、瞬间电压抑制二极管D4的阴极端、放电电阻R5均旁路连接在自恢复保险丝F2前端。
瞬间电压抑制二极管D4、放电电阻R5、压降电阻R6、NMOS管Q2构成对于后端DC/DC芯片U1的电压保护电路。自恢复保险丝F2额定电流为2A，实现对电路的过流保护。
当高压架空线路电流较小时，电流互感器感应输出电流也较小，经整流滤波后，输出电压也较小，本实用新型中DC/DC芯片U1选用LM5163芯片，LM5163芯片其输入电压范围在6V～100V，在这一阶段过压过流保护电压保护电路不工作。当高压架空线路电流逐渐增大，电流互感器输出电流也逐渐增大，当增加整流输出电压大于100V时，瞬间电压抑制二极管D4反向击穿导通，将电压嵌位在90V，这时由于压降电阻R6上有压降，使得NMOS管Q2导通，经过放电R5放电回路进行放电，保护了后端的DC/DC芯片U1，实现了电压保护的功能。
为了保护DC/DC芯片U1，在其前端加一稳压管D7和电容C4。稳压管D7阳极端与DC/DC芯片U1的接地端GND共接接地，稳压管D7阴极端连接至自恢复保险丝F2、DC/DC芯片U1输入端VIN之间。电容C4与稳压管D7并联。当输入电压超出DC/DC芯片U1的最大输入电压时，稳压管D7击穿，此时加在DC/DC芯片U1输入端的电压就是稳压管D7的稳压值，从而保护了DC/DC芯片U1。
本实用新型中的DC/DC芯片U1根据感应供电方式感应电势变化范围大的特点，选用宽输入的LM5163芯片。LM5163芯片其典型应用电路如图7所示，LM5163芯片的输入电压支持6V至100V，LM5163芯片中VIN引脚和EN/UVLO引脚共接后作为DC/DC芯片U1输入端接入整流桥D5的正极输出端，且输入端还通过一个滤波电容CIN接地。LM5163芯片的RON引脚通过电阻RRON与GND引脚共接后作为DC/DC芯片U1接地端接地。LM5163芯片的SW引脚通过由电感LO、反馈电阻RFB1和RFB2串联构成的反馈支路接地，LM5163芯片的SW引脚还通过电容CBST与SW引脚连接，反馈电阻RFB1和RFB2之间与LM5163芯片的FB引脚连接，同时反馈电阻RFB1和RFB2整体并联电容COUT，反馈支路中电感LO、反馈电阻RFB1之间引出导线作为DC/DC芯片U1输出端连接至充放电管理电路。LM5163芯片的输出电压可通过反馈电阻RFB1和RFB2调整，调整公式为
常用的输出电压包括但不限于5V，9V，12V。
如图2、图8所示，本实用新型中的充放电管理电路包括两个二极管D2和D3、两个电压采样支路、限流电阻R2、PMOS管Q1、NMOS管Q3和充放电器件；DC/DC稳压电路中DC/DC芯片U1的输出端VOUT与充放电管理电路中第一个二极管D2阳极连接，充放电管理电路中第一个二极管D2的阴极分出两路，其中一路通过一个自恢复保险丝F4连接至负载，自恢复保险丝F4和负载之间旁路连接一个稳压二极管D4的阴极，稳压二极管D4阳极接地，自恢复保险丝F4和负载之间还旁路连接电阻R1后接地；充放电管理电路中第一个二极管D2的阴极另一路通过限流电阻R2与充放电管理电路中第二个二极管D3阳极连接，充放电管理电路中第二个二极管D3阴极通过一个自恢复保险丝F3与充放电器件一端连接，充放电器件另一端与DC/DC芯片U1的接地端GND共接接地。
充放电管理电路中第一个电压采样支路由电阻R3、电阻R8串联构成，第一个电压采样支路一端连接至DC/DC芯片U1输出端VOUT、充放电管理电路中第一个二极管D2阳极之间，第一个电压采样支路另一端连接至DC/DC芯片U1接地端GND、充放电器件对应端之间。
充放电管理电路中第二个电压采样支路由电阻R4、电阻R9串联构成，第二个电压采样支路一端连接至自恢复保险丝F3、充放电器件对应端之间，第二个电压采样支路另一端连接至DC/DC芯片U1接地端GND、充放电器件对应端之间。
充放电管理电路中的NMOS管Q3源极连接至DC/DC芯片U1接地端GND、充放电器件对应端之间，充放电管理电路中的NMOS管Q3漏极与PMOS管Q1的栅极连接，PMOS管Q1的漏极连接至充放电管理电路中第一个二极管D2阴极和限流电阻R2之间，PMOS管Q1的源极连接至充放电管理电路中第二个二极管D3阴极和自恢复保险丝F3之间。
充放电管理电路中两个电压采样支路的电阻之间、NMOS管Q3的栅极分别与外部控制器连接。
充放电管理电路中，充放电器件为超级电容或者电池。
经过DC/DC变换后，低压稳定输出电压经过二极管D2一路直接可用于负载供电，另一路可通过二极管D3以及限流电阻R2给超级电容或者电池充电，电阻R4、R9构成的电压采样支路用于判断超级电容或电池是否充满，电阻R3、R8构成的电压采样支路用于检测输电线路是否电流较小或者停电，当检测到输电线路电流较小时，外部控制器通过控制NMOS管Q3来实现PMOS管Q1的导通与关断，进而控制超级电容或者电池对负载的供电。
如图9所示，本实用新型还公开了一种基于感应取电电路的无源无线测温装置，其包括MCU控制器、测温电路、无线通讯电路，MCU控制器作为负载与感应取电电路中充放电管理电路的第一个二极管D2阴极输出至负载的一路连接，测温电路的输出端与MCU控制器的信号输入端连接，MCU控制器的信号输入端还与感应取电电路中充放电管理电路的两个电压采样支路中电阻R3和R8之间、电阻R4和R9之间连接，MCU控制器的信号输出端与感应取电电路中充放电管理电路的NMOS管Q3栅极连接，无线通讯电路与MCU控制器的通讯端连接。由MCU控制器接收电压采样支路的电压并控制超级电容或电池的充放电。
本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (8)
1.一种感应取电电路，包括感应取电部分，其特征在于：还包括冲击保护电路、整流滤波电路、过压过流保护电路、DC/DC稳压电路、充放电管理电路，感应取电部分从高压输电线取电并通过冲击保护电路输出至整流滤波电路，经整流滤波电路整流滤波后输出至DC/DC稳压电路，由DC/DC稳压电路稳压后通过充放电管理电路连接负载，过压过流保护电路连接至整流滤波电路和DC/DC稳压电路之间，其中：
冲击保护电路由自恢复保险丝、TVS管构成，整流滤波电路由整流桥和滤波电容组构成，感应取电部分两个输出端通过第一自恢复保险丝与整流滤波电路中整流桥两个输入端连接形成回路，TVS管并联至整流桥两输入端之间，整流桥的负极输出端接地，整流桥的正极输出端连接至DC/DC稳压电路；
DC/DC稳压电路包括DC/DC芯片，整流滤波电路中整流桥的正极输出端连接至DC/DC芯片的输入端，整流滤波电路中的滤波电容组一端连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间，滤波电容组另一端与DC/DC芯片的接地端共接接地；
过压过流保护电路由NMOS管、瞬间电压抑制二极管、压降电阻和放电电阻构成，其中瞬间电压抑制二极管的阴极连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间，瞬间电压抑制二极管的阳极通过压降电阻与DC/DC芯片的接地端共接接地，NMOS管的栅极连接至瞬间电压抑制二极管阳极、压降电阻之间，NMOS管的源极与DC/DC芯片的接地端共接接地，NMOS管的漏极通过放电电阻连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间；
充放电管理电路包括两个二极管、两个电压采样支路、限流电阻、PMOS管、NMOS管和充放电器件；DC/DC稳压电路中DC/DC芯片的输出端与充放电管理电路中第一个二极管阳极连接，充放电管理电路中第一个二极管的阴极分出两路，其中一路连接至负载，另一路通过限流电阻与充放电管理电路中第二个二极管阳极连接，充放电管理电路中第二个二极管阴极与充放电器件一端连接，充放电器件另一端与DC/DC芯片的接地端共接接地；充放电管理电路中第一个电压采样支路一端连接至DC/DC芯片输出端、充放电管理电路中第一个二极管阳极之间，第一个电压采样支路另一端连接至DC/DC芯片接地端、充放电器件对应端之间；第二个电压采样支路一端连接至充放电管理电路中第二个二极管阴极、充放电器件对应端之间，第二个电压采样支路另一端连接至DC/DC芯片接地端、充放电器件对应端之间；充放电管理电路中的NMOS管源极连接至DC/DC芯片接地端、充放电器件对应端之间，充放电管理电路中的NMOS管漏极与PMOS管的栅极连接，PMOS管的漏极连接至充放电管理电路中第一个二极管阴极和限流电阻之间，PMOS管的源极连接至充放电管理电路中第二个二极管阴极和充电器件对应端之间；充放电管理电路中两个电压采样支路、NMOS管的栅极分别与外部控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种感应取电电路，其特征在于：整流滤波电路中的滤波电容组由多个电容并联构成，多个电容并联后一端连接至整流桥正极输出端、DC/DC芯片输入端之间，另一端与DC/DC芯片的接地端共接接地。
3.根据权利要求1所述的一种感应取电电路，其特征在于：DC/DC芯片输入端与整流桥正极输出端之间还接入有自恢复保险丝，保护电路中NMOS管的漏极通过放电电阻连接至整流桥正极输出端、自恢复保险丝之间。
4.根据权利要求1或3所述的一种感应取电电路，其特征在于：DC/DC稳压电路中，DC/DC芯片输入端前端设置稳压管，稳压管阳极端与DC/DC芯片的接地端共接接地，稳压管阴极端连接至自恢复保险丝、DC/DC芯片输入端之间。
5.根据权利要求1所述的一种感应取电电路，其特征在于：DC/DC稳压电路中，DC/DC芯片的输出端连接由电感、反馈电阻构成的反馈支路，通过反馈支路调节DC/DC芯片的输出电压。
6.根据权利要求1所述的一种感应取电电路，其特征在于：充放电管理电路中的充放电器件为超级电容或者电池。
7.一种基于感应取电电路的无源无线测温装置，其特征在于：包括控制器、测温电路，控制器作为负载与感应取电电路中充放电管理电路的第一个二极管阴极输出至负载的一路连接，测温电路的输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的信号输入端还与感应取电电路中充放电管理电路的两个电压采样支路连接，控制器的信号输出端与感应取电电路中充放电管理电路的NMOS管栅极连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于感应取电电路的无源无线测温装置，其特征在于：所述控制器的通讯端连接有无线通讯电路。
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| CN202022001692.5U CN213402578U (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种感应取电电路及基于该电路的无源无线测温装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117791533A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-03-29 | 广东雷宁普电气检测技术有限公司 | 一种防雷保护*** |
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- 2020-09-14 CN CN202022001692.5U patent/CN213402578U/zh active Active
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| CN117791533B (zh) * | 2023-12-29 | 2024-05-28 | 广东雷宁普电气检测技术有限公司 | 一种防雷保护*** |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |