一种基于非闭合式磁芯的感应取电电源及其供电方法技术

本发明专利技术提供一种基于非闭合式磁芯的感应取电电源，包括磁能采集模块和电能管理电路模块，磁能采集模块包括非闭合式磁芯线圈组件和谐振电容，电能管理电路模块包括依次连接的过流过压保护电路、电荷泵倍压电路、稳压电路、超级电容充电电路、超级电容和超级电容放电电路，充电电路与稳压电路连接，放电电路通过其开关管与电荷泵倍压电路连接；稳压电路和放电电路分别通过放电二极管与负载连接。本发明专利技术的取电电源采用基于非闭合式磁芯的磁能采集模块，可适用于不同电压等级、不同尺寸的电缆，易安装和拆卸，并且通过电荷泵电路和超级电容储能来降低供电死区，减少电能管理电路的设计难度，可以在载流量宽范围波动的情况下为负载稳定供电。定供电。定供电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非闭合式磁芯的感应取电电源及其供电方法


[0001]本专利技术属于感应取电
，更具体地，涉及一种非闭合式磁芯的感应取电电源及其供电方法。

技术介绍

[0002]为保障电力电缆的安全运行，电力电缆的运行状态需要无线传感设备实时在线的监测，而传感器的自供电问题是制约其规模化应用的核心问题。地表下电力电缆基本上敷设在相应的电缆沟道里，当然还有的电缆直接填埋在土壤里，电缆线路长且分布面比较分散，不易使用低压电源供电，这样特殊的工况对无线传感装置要求更高。高压输电线路通常下分布在人烟稀少的野外，线路周围的环境充斥着强电磁，无法直接用输电线路给在线监测传感装置供电，也无法像室内的设备可以有专用的供电线路，就算有专门的供电线路但是电压等级的不同会产生绝缘等麻烦。
[0003]针对电缆附近变化的磁场，将这些丰富的磁场加以利用就可以为附近的无线传感设备不断的提供可以利用的能量，实现能量的自给自足。
[0004]目前常用CT取电为传感设备供电。一般情况下CT取电是一个特制的取电磁环加线圈，让载流电力电缆穿在磁环内，当电力电缆流经变化交流载流量的时候，在CT装置的线圈端口感应出变化的交流电压，通过电能管理电路将变化的电压转变为稳定的低压直流给传感器等负载供电。电能管理电路包括交流侧保护电路、整流滤波电路、直流侧保护电路、DCDC稳压电路、蓄电池充电电路、蓄电池放电电路、能量泄放电路。在电缆载流量较低时，通过蓄电池电路为负载供电来减低供电死区，在电缆载流量较高时，通过蓄电池充电电路为蓄电池充电。在CT磁芯过饱和时，通过保护电路进行保护，将多余的能量泄放。
[0005]现有的基于闭合式磁芯的CT取电技术的缺点在于，其闭环磁芯需要根据电缆尺寸设计，不易安装拆卸。在电缆载流量在较大时，CT取电感应磁芯易饱和，导致磁芯发热和取电效率下降，过饱和状态下电压畸变升高对后级管理电路要求变高，设计电能管理电路变得复杂。
[0006]现有的基于非闭合式磁芯的CT取电技术缺点在于，由于输出功率低，导致供电死区较多，无法实现对负载的稳定供电。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于非闭合式磁芯的感应取电电源及其供电方法，以降低供电死区，实现对负载的稳定供电。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于非闭合式磁芯的感应取电电源，包括磁能采集模块和电能管理电路模块，所述磁能采集模块包括非闭合式磁芯线圈组件和谐振电容，所述电能管理电路模块包括依次连接的过流过压保护电路、电荷泵倍压电路、第一稳压电路和超级电容储能模块，所述超级电容储能模块包括依次连接的超级电容充电电路、超级电容和超级电容放电电路，所述超级电容充电电路与第一稳压电路连接，所述超级电容
放电电路通过其第四开关管与电荷泵倍压电路连接；所述第一稳压电路和所述超级电容放电电路分别通过第一放电二极管、第二放电二极管与负载连接。
[0009]优选地，所述第一稳压电路设置为接收电荷泵倍压电路的输出端的电压，并在电荷泵倍压电路的输出端的电压超过稳压电路稳定供电阈值时将其转化为稳定输出的直流供电电压，来输出给负载；
[0010]所述超级电容充电电路设置为：在电荷泵倍压电路的输出端的电压大于稳压电路稳定供电阈值且超级电容的两端的电压小于超级电容的最低充电截止电压时，利用第一稳压电路的输出端的电压对超级电容充电，否则，停止充电；
[0011]所述超级电容放电电路设置为：在电荷泵倍压电路的输出端的电压小于稳压电路稳定供电阈值且超级电容的两端的电压大于或等于最低充电截止电压时，利用超级电容的两端的电压通过所述超级电容放电电路的LDO线性稳压器为负载供电；否则，超级电容放电电路停止放电。
[0012]优选地，所述超级电容充电电路至少包括与第一稳压电路相连的第一充电二极管和限流电阻，所述超级电容放电电路至少包括与所述电荷泵倍压电路相连的第四开关管及通过使能引脚与第四开关管相连的LDO线性稳压器，所述LDO线性稳压器通过其IN引脚与所述超级电容相连。
[0013]优选地，所述超级电容充电电路包括依次连接的第一充电二极管、第二开关管和限流电阻，所述第一充电二极管与所述第一稳压电路的输出端连接，所述限流电阻与所述超级电容的一端连接，所述超级电容的另一端接地；第二开关管的漏极与第一充电二极管相连，其源极接地，其栅极与第三开关管的漏极相连并通过第五电阻接地；第三开关管的源极与所述电荷泵倍压电路的输出端相连，其栅极通过第六电阻连接第一开关管的漏极，并通过第七电阻连接所述电荷泵倍压电路的输出端；第一开关管的源极接地，其栅极与迟滞比较器的输出端连接；所述迟滞比较器的输出端通过第八电阻接地，且通过第九电阻连接迟滞比较器的正向输入端；所述迟滞比较器的正向输入端连接所述迟滞比较器的电源端，并且通过第十电阻连接所述第一稳压电路的输出端；所述迟滞比较器的反向输入端与限流电阻和超级电容的连接点连接，所述迟滞比较器的接地端接地。
[0014]优选地，所述LDO线性稳压器的具有IN引脚、EN引脚、GND引脚、FB引脚和OUT引脚；所述第四开关管的栅极与电荷泵倍压电路的输出端连接并通过第十二电阻与所述第四开关管的漏极连接，所述第四开关管的漏极与所述LDO线性稳压器的EN引脚连接，所述第四开关管的源极接地；所述超级电容的未接地的一端与所述LDO线性稳压器的IN引脚连接；所述LDO线性稳压器的OUT引脚通过第十二电容接地，并且通过彼此串联的第十三电阻和第十四电阻接地；所述LDO线性稳压器的FB引脚连接第十三电阻和第十四电阻的连接点；所述LDO线性稳压器的IN引脚还通过第十三电容接地。
[0015]优选地，所述过流过压保护电路由与磁能采集模块的一个输出端串联的平波电感和并联在磁能采集模块的两个输出端的瞬态抑制二极管组成，所述瞬态抑制二极管的两端为所述过流过压保护电路的两个输出端，且所述过流过压保护电路的其中一个输出端接地。
[0016]优选地，所述电荷泵倍压电路包括按照电流流向依次连接在所述过流过压保护电路的两个输出端之间的第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管、第四肖
特基二极管、第五肖特基二极管和第五倍压电容，一端连接第一肖特基二极管的负极且另一端接地的第一倍压电容，一端连接第一肖特基二极管的正极且另一端连接第二肖特基二极管的负极的第二倍压电容，一端连接第三肖特基二极管的负极且另一端接地的第三倍压电容，以及一端连接第三肖特基二极管的正极且另一端连接第二肖特基二极管的负极的第四倍压电容。
[0017]优选地，所述第一稳压电路为DCDC稳压电路，其由稳压器及其外围电路组成。
[0018]优选地，所述电荷泵倍压电路的输出端直接与所述稳压器的VCC引脚相连，通过第二电阻与所述稳压器的SWC引脚、Ipk引脚和DRV引脚相连，并通过第八电容接地；所述稳压器的Ct引脚通过第九电容接地，所述稳压器的GND引脚直接接地；所述稳压器的IN引脚通过第一反馈电阻接地，并通过第二反馈电阻和第二电感连接所述稳压器的SWE引脚；所述稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非闭合式磁芯的感应取电电源，其特征在于，包括磁能采集模块和电能管理电路模块，所述磁能采集模块包括非闭合式磁芯线圈组件和谐振电容，所述电能管理电路模块包括依次连接的过流过压保护电路、电荷泵倍压电路、第一稳压电路和超级电容储能模块，所述超级电容储能模块包括依次连接的超级电容充电电路、超级电容和超级电容放电电路，所述超级电容充电电路与第一稳压电路连接，所述超级电容放电电路通过其第四开关管与电荷泵倍压电路连接；所述第一稳压电路和所述超级电容放电电路分别通过第一放电二极管、第二放电二极管与负载连接。2.根据权利要求1所述的基于非闭合式磁芯的感应取电电源，其特征在于，所述第一稳压电路设置为接收电荷泵倍压电路的输出端的电压，并在电荷泵倍压电路的输出端的电压超过稳压电路稳定供电阈值时将其转化为稳定输出的直流供电电压，来输出给负载；所述超级电容充电电路设置为：在电荷泵倍压电路的输出端的电压大于稳压电路稳定供电阈值且超级电容的两端的电压小于超级电容的最低充电截止电压时，利用第一稳压电路的输出端的电压对超级电容充电，否则，停止充电；所述超级电容放电电路设置为：在电荷泵倍压电路的输出端的电压小于稳压电路稳定供电阈值且超级电容的两端的电压大于或等于最低充电截止电压时，利用超级电容的两端的电压通过所述超级电容放电电路的LDO线性稳压器为负载供电；否则，超级电容放电电路停止放电。3.根据权利要求2所述的基于非闭合式磁芯的感应取电电源，其特征在于，所述超级电容充电电路至少包括与第一稳压电路相连的第一充电二极管和限流电阻，所述超级电容放电电路至少包括与所述电荷泵倍压电路相连的第四开关管及通过使能引脚与第四开关管相连的LDO线性稳压器，所述LDO线性稳压器通过其IN引脚与所述超级电容相连。4.根据权利要求3所述的基于非闭合式磁芯的感应取电电源，其特征在于，所述超级电容充电电路包括依次连接的第一充电二极管、第二开关管和限流电阻，所述第一充电二极管与所述第一稳压电路的输出端连接，所述限流电阻与所述超级电容的一端连接，所述超级电容的另一端接地；第二开关管的漏极与第一充电二极管相连，其源极接地，其栅极与第三开关管的漏极相连并通过第五电阻接地；第三开关管的源极与所述电荷泵倍压电路的输出端相连，其栅极通过第六电阻连接第一开关管的漏极，并通过第七电阻连接所述电荷泵倍压电路的输出端；第一开关管的源极接地，其栅极与迟滞比较器的输出端连接；所述迟滞比较器的输出端通过第八电阻接地，且通过第九电阻连接迟滞比较器的正向输入端；所述迟滞比较器的正向输入端连接所述迟滞比较器的电源端，并且通过第十电阻连接所述第一稳压电路的输出端；所述迟滞比较器的反向输入端与限流电阻和超级电容的连接点连接，所述迟滞比较器的接地端接地。5.根据权利要求3所述的基于非闭合式磁芯的感应取电电源，其特征在于，所述LDO线性稳压器的具有IN引脚、EN引脚、GND引脚、FB引脚和OUT引脚；所述第四开关管的栅极与电荷泵倍压电路的输出端连接并通过第十二电阻与所述第四开关管的漏极连接，所述第四开关管的漏极与所述LDO线性稳压器的EN引脚连接，所述第四开关管的源极接地；所述超级电容的未接地的一端与所述LDO线性稳压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，杨洋，甘峰源，周易，杨雪雷，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：