一種級聯(lián)式電場感應(yīng)供電電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)在線監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種級聯(lián)式電場感應(yīng)供電電路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的高壓設(shè)備在線監(jiān)測設(shè)備的供電方式分為兩種:自主取能和傳輸供電。傳輸供電方式主要是通過光纖或微波等介質(zhì)從地面將能量傳輸給在線測量裝置，但是這種供能方式的主要缺點是造價昂貴。自主供電的主要技術(shù)方案包括:(I)電池供電:這種方式能量供應(yīng)穩(wěn)定，但是缺點是需要定時停電更換電池，而電力系統(tǒng)是不允許頻繁停電的；(2)電流線圈供電:該方案主要利用安裝在電力線上的電流線圈，通過互感原理從負荷電流中取能。但是電力線中的負荷電流是不斷變化的，因此這種供電方式供能不穩(wěn)定；(3)太陽能和風(fēng)能供電:其基本原理是通過太陽能電池板或小風(fēng)機來供能，該技術(shù)通常配合蓄電池一起使用，以應(yīng)對夜晚或無風(fēng)時發(fā)生的供能不足。但是這種供電方式受環(huán)境因素影響大，遇到極端天氣例如大風(fēng)、陰雨、塵垢等會影響安全和供電穩(wěn)定性。另外，蓄電池的壽命有限，且不能承受較低環(huán)境溫度。
[0003]由于對溫度和應(yīng)力等參數(shù)進行在線測量不需要持續(xù)進行，可以采用間歇的工作方式，因此也可以采用間歇式的供電方式?？紤]到電力線的電壓是很穩(wěn)定的，因此可以通過感應(yīng)高壓電場來取能。但是直接通過電場感應(yīng)獲得的能量是很低的，且充電時間長，取能效率低。因此先利用小薄膜電容將電壓快速升到高壓，但是在線測量設(shè)備的供電電壓遠小于小薄膜電容上的電壓，所以需一個脈沖變壓器進行降壓后將能量傳遞到副邊大電容上，最終大電容上的電壓通過穩(wěn)壓實現(xiàn)在線設(shè)備的使用。因此針對公開號為102879117A的專利“一種采用電場感應(yīng)供電的隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量和無線傳輸裝置”中的單級感應(yīng)供電中取能的平均功率不高的不足，提出了一種新的基于放電法原理的級聯(lián)高壓感應(yīng)電場取能技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種級聯(lián)式電場感應(yīng)供電電路，該供電電路通過感應(yīng)交變的高壓電場來取能，屬于自供電系統(tǒng)，無需外加電源，電壓等級越高，取得的能量越大，適用于高壓超高壓系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種級聯(lián)式電場感應(yīng)供電電路，包括依次級聯(lián)的感應(yīng)取能電路、多繞組變壓器和儲能及微功耗DC-DC電路；
[0007]感應(yīng)取能電路能夠利用金屬感應(yīng)極板對地之間的高壓電場產(chǎn)生的位移電流給取能電容充電；
[0008]多繞組變壓器能夠?qū)⑷∧茈娙莴@得的能量傳遞至儲能電容上；
[0009]儲能及微功耗DC-DC電路能夠?qū)δ茈娙蓦妷恨D(zhuǎn)換為用電器件所需的穩(wěn)定電壓等級。
[0010]所述感應(yīng)取能電路由整流橋電路和開關(guān)控制電路組成，整流橋電路由四個二極管Dco Dc2, Dc3, Dc4以及串聯(lián)的N個大容量薄膜電容C 1、C2……Cn構(gòu)成，四個二極管構(gòu)成一個全橋整流電路，整流橋的交流側(cè)分別連接電力線和金屬感應(yīng)極板；自下向上依次為第一級取能電路，第二級取能電路……第N級取能電路，第一級取能電路控制電路由電阻&、R2組成的分壓器連接滯環(huán)比較控制電路組成，其他N-1級直接利用第一級的控制信號，通過光耦元件連接到半導(dǎo)體開關(guān)的控制端口，MOS管Sp S2……Sn串聯(lián)在取能電容回路，為各級取能電路的控制開關(guān)。
[0011]多繞組變壓器的原邊由N個繞組Tpl、Tp2……Tpn組成，副邊為I個繞組Ts;原邊的每一級繞組串聯(lián)在取能電容回路中，續(xù)流二極管DpD2……0,連接在多繞組變壓器原邊的兩端，副邊繞組Ts串聯(lián)在儲能回路中。
[0012]多繞組變壓器的副邊繞組Ts連接儲能及微功耗DC-DC電路中的儲能電容C 0,電壓通過一個整流二極管0。5傳遞到儲能電容C 0± ；
[0013]儲能電路的控制電路是由電阻R3、R4組成的分壓器連接比較器MAX921組成，儲能控制電路的輸出端連接微功耗DC-DC的使能端口 EN，微功耗DC-DC的輸入端口連接儲能電容，輸出為OUT。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0015]本發(fā)明的級聯(lián)式電場感應(yīng)供電電路包括依次級聯(lián)的感應(yīng)取能電路、多繞組變壓器和儲能及微功耗DC-DC電路。取能電路利用電力線高壓電場環(huán)境感應(yīng)板與大地之間產(chǎn)生的微小的位移電流給多級取能電容充電，電壓積攢到預(yù)設(shè)閾值電壓后，控制電路控制半導(dǎo)體開關(guān)，能量通過多繞組變壓器向儲能電路端釋放，多繞組變壓器主要作用是把取能電容獲得的能量傳遞到儲能電容上，儲能及微功耗DC-DC電路把儲能電容電壓轉(zhuǎn)換為用于后續(xù)在線監(jiān)測設(shè)備以及傳輸設(shè)備等所需的穩(wěn)定電壓等級和足夠時間的電量。本發(fā)明的優(yōu)勢體現(xiàn)在:
[0016]1、本發(fā)明在現(xiàn)有的放電法的高壓電場取能技術(shù)基礎(chǔ)上，采用取能回路的級聯(lián)設(shè)計，理論上級數(shù)可以無限增加，考慮耐壓兩級到三級級聯(lián)可以實現(xiàn)；
[0017]2、取能方式是通過感應(yīng)交變的高壓電場來獲得，包括系統(tǒng)的輔助供電都是直接來源于取能，無需另加電源設(shè)備，屬于自供電系統(tǒng)；
[0018]3、適用場合上，相比傳統(tǒng)電力線在線監(jiān)測的電源提供，該方式適用于高壓超高壓系統(tǒng)，電壓等級越高，取得的能量越大；
[0019]4、與目前主流的在線監(jiān)測設(shè)備的供電技術(shù)相比，高壓電場取能的方式具有不受環(huán)境的影響，不受負載電流波動的影響，壽命長以及可靠性高的特點；
[0020]5、在原來單級電場感應(yīng)取能的基礎(chǔ)上，通過多個獨立取能電路的級聯(lián)設(shè)計，減少了充電次數(shù)，大幅度提高了取能的平均功率，有效實現(xiàn)對電力系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備如光學(xué)成像系統(tǒng)等功耗較大設(shè)備的間歇式供電。
【附圖說明】
[0021]圖1級聯(lián)式放電法的電場感應(yīng)供電電路原理圖；
[0022]圖2單級放電法的電場感應(yīng)供電仿真框圖；
[0023]圖3兩級級聯(lián)式放電法的電場感應(yīng)供電仿真框圖；
[0024]圖4單級放電法的一次充電感應(yīng)供電電壓波形圖；其中，圖4-1表示時間與取能電容Ctl兩端電壓關(guān)系；圖4-2表示時間與儲能電容C 8電壓關(guān)系；
[0025]圖5兩級級聯(lián)式放電法的一次充電感應(yīng)供電電壓波形圖，其中，圖5-1表示取能電容C1兩端電壓與時間關(guān)系；圖5-2表示取能電容C2兩端電壓與時間關(guān)系；圖5-3表示儲能電容匕兩端電壓與時間關(guān)系。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0027]本發(fā)明的內(nèi)容是通過電場感應(yīng)方式來為在線測量裝置提供間歇式電源。本發(fā)明的級聯(lián)式電場感應(yīng)供電電路的原理主電路如圖1所示。包括依次級聯(lián)的感應(yīng)取能電路、多繞組變壓器和儲能及微功耗DC-DC電路；感應(yīng)供電電路模塊從左到右可分為三個部分:(I)感應(yīng)取能電路；(2)多繞組變壓器；(3)儲能及微功耗DC-DC電路。其中，感應(yīng)取能電路主要作用是利用感應(yīng)板與大地之間的高壓電場產(chǎn)生的位移電流給電容充電；多繞組變壓器主要作用是把取能電容獲得的能量傳遞到大容量儲能電容上；儲能及微功耗DC-DC電路用于把儲能電容電壓轉(zhuǎn)換為用電器件所需的穩(wěn)定電壓等級。
[0028]本發(fā)明中的能量來源于高壓輸電線的電場感應(yīng)，在電力線I1KV及以上電壓環(huán)境下，高壓電場感應(yīng)可形成電荷的定向移動，從而在電容上感生出電壓，等效為高壓電場感應(yīng)出一個對地漏電流，該電流為微安級。因此本技術(shù)最大的難點在于如何有效的收集漏電流，使得電容上的感生電壓盡可能的高，使得電源系統(tǒng)獲得的能量盡可能的多。因此本發(fā)明利用三點設(shè)計解決該問題:(I)、采用間接取能彌補了直接取能充電時間長的不足，具體是利用一個降壓變壓器進行能量傳遞，將電壓從600V降到45V，以便于DC-DC的電壓轉(zhuǎn)換；(2)、采用電容串聯(lián)充電的N級級聯(lián)模式，使得取能電容電壓增加N倍，再同時通過多繞組變壓器給儲能電容放電，一次實現(xiàn)單級N次充電的效果；(3)、由于本發(fā)明中的器件如比較器，DC-DC都是通過利用穩(wěn)壓管和47uF的電容組成輔助電源供電的，能量來源還是電場感應(yīng)本身供能，所以所有需輔助電源的設(shè)備都選擇微功耗器件，以減少能量的損耗。
[0029]感應(yīng)取能電路收集安裝在導(dǎo)電臂上的感應(yīng)板與大地之間的等效電容(圖1中虛線所示)在交流高壓下產(chǎn)生的位移電流向取能電容C1X2……Cn充電。為了獲得足夠的位移電流，感應(yīng)板要具有一定的對地面積，同時電壓等級越高，則位移電流越大，所以本發(fā)明較為適用于IlO