一种多级电容的电场感应取能电源电路结构及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多级电容的电场感应取能电源电路结构，电路结构包括：前级采用多个小电容串联同时进行取能、共用同一个变压器进行放电、共用同一个储能电容进行储能，储能电容通过DC

【技术实现步骤摘要】
一种多级电容的电场感应取能电源电路结构及控制方法


[0001]本专利技术属于高压输变电设备的在线监测
，特别涉及一种多级电容的电场感应取能电源电路结构及控制方法。

技术介绍

[0002]随着能电网和碳达峰进程的推进，高压电力设备的在线监测技术作为可以保障电力系统安全稳定运行的重要一环。自供能在线检测设备避开了传统电源的缺陷，进一步的提高了在线检测设备的实用性以及便利性。目前所采取的环境取能技术有太阳能、风能、磁场能与电场能，由于太阳能和风能以及磁场能容易受到环境影响且难以预测，供电电能难以得到保障，通过电场感应原理从高压恒定电场获取能量可保障自功能在线检测设备内部电源供电的可靠性，是适用于周期性在线检测设备供电电源的不错选择，可如今电场感应取能技术大多效率不高、体积较大。

技术实现思路

[0003]技术问题：本专利技术针对以上问题提出了一种多级电容的电场感应取能电源电路结构及控制方式，多级取能电容各级电容放电通道独立共用同一个变压器进行放电，采用一种迟滞比较与比较控制结合的控制方式使得多级电容从上至下依次导通放电通道进行放电，在进一步提高电场取能效率的同时防止取能装置体积进一步变大，适用于高压输变电设备监测场景，且电压等级越高，取能电容级数越多，取能效率越高，可作为在线监测装置的供电电源来源。
[0004]技术方案：为了解决上述问题，本专利技术提出一种多级电容的电场感应取能电源电路，该电路包括第一级取能电路，并且第一级取能电路包括压敏电阻Z1、取能电容C
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、采样电阻R1‑1和R1‑2、迟滞比较控制电路、二极管D1、续流二极管VD1、开关管MOS1、变压器T1、二极管VD2、储能电容C
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以及DC
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DC电路；其中，采样电阻R1‑1和R1‑2串联后与压敏电阻Z1、取能电容C
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并联，直流电流I
dc
由压敏电阻Z1和取能电容C
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的第一端流入；迟滞比较控制电路与取能电容C
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并联，迟滞比较器输入端与采样电阻R1‑1的第二端和采样电阻R1‑2的第第一端相连接，输出端与开关管MOS1的G级连接；开关管MOS1的G级与迟滞比较控制电路的输出端相连接，用于接受迟滞比较电路的控制信号，D级与变压器T1原边的out端相连接，S级与取能电容C
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的第二端连接；二极管D1的阳极与取能电容的C
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的第一端连接，阴级与变压器T1原边的in端相连接；续流二极管VD1的阴级与变压器原边的in端相连接，阳极与变压器T1原边的out端相连接；变压器副边的in端与储能电容Cs的第一端相连接，副边out端与二极管VD2的阳极相连接，变压器T1用于将取能电容上电压转移至储能电容C
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上；二极管VD2阴极与储能电容C
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的第一端相连接；储能电容Cs的第一端与DC
‑
DC电路的第一端相连接，储能电容C
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的第二端与DC
‑
DC电路的第二端相连接。
[0005]进一步的，该电路还包括第二级取能电路，第二级取能电路包括：压敏电阻Z2、取能电容C
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、采样电阻R2‑1、采样电阻R2‑2、采样电阻R2‑3、采样电阻R2‑4、二极管D2‑1、二极管D2‑2、
电压比较控制电路以及开关管MOS2；二极管D2‑1的阳极与C
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的第二端连接，阴极与取能电容C
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的第一端连接；压敏电阻Z2并联于取能电容C
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两端，；采样电阻R2‑1与采样电阻R2‑2串联，采样电阻R2‑1的第一端与取能电容的C
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的第一端连接，采样电阻R2‑1的第二端与采样电阻R2‑2的第一端连接，采样电阻R2‑2的第二端与取能电容C
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的第二端连接；采样电阻R2‑3与采样电阻R2‑4串联，并联于取能电容C
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两端；电压比较控制电路并联与取能电容C
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两端，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R2‑1的第二端以及采样电阻R2‑2的第一端相连接，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R2‑3的第二端以及采样电阻R2‑4的第一端相连接，输出端与开关管MOS2的G级相连接；开关管MOS2的G级与比较控制电路的输出端相连接，用于接受比较电路的控制信号，D级与变压器T1原边的out端相连接，S级与取能电容C
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的第二端相连接；二极管D2‑2的阳极与取能电容C
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的第一端连接，阴级与变压器T1原边的in端相连接。
[0006]进一步的，该电路包括第三级取能电路包括：压敏电阻Z3、取能电容C
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、采样电阻R3‑1、采样电阻R3‑2、采样电阻R3‑3、采样电阻R3‑4、二极管D3‑1、二极管D3‑2、电压比较控制电路以及开关管MOS3；二极管D3‑1的阳极与能电容C
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第二端连接，阴极与取能电容C
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的第一端连接，另一端与第三级取能电路C
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的第二端相连接；压敏电阻Z3并联于取能电容C
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两端；采样电阻R3‑1的第一端与取能电容C
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的第一端连接，采样电阻R3‑1的第二端与采样电阻R3‑2的第一端连接，采样电阻R3‑2的第二端与取能电容C
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第二端连接；采样电阻R3‑3与采样电阻R3‑4串联，并联于取能电容C
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两端；电压比较控制电路并联与取能电容C
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两端，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R3‑1的第二端以及采样电阻R3‑2的第一端相连接，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R3‑3的第二端以及采样电阻R3‑4的第一端相连接，输出端与开关管MOS3的G级相连接；开关管MOS3的G级与比较控制电路的输出端相连接，用于接受比较电路的控制信号，D级与变压器T1原变的out端相连接，S级与取能电容C
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的第二端相连接；二极管D3‑2的阳极与取能电容C
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的一端连接，阴级与变压器T1原边的in端相连接。
[0007]进一步的，所述迟滞比较控制电路包括电阻R1‑3、稳压二极管D1‑2、三极管BJT1、电容C1‑1、运算放大器1
‑
1、电压基准、运算放大器1
‑
2、电阻R1‑4与电阻R1‑5；其中，电阻R1‑3一端与取能电容C
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的第一端相连接，另一端与稳压二极管D1‑2阴极相连接及三极管BJT1的B级相连接；稳压二极管D1‑2的阴极与电阻R1‑3的第二端相连接，阳极与取能电容C
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的第二端相连接，稳压二极管D1‑2用于提供稳定的电压输出；三极管BJT1的C极与取能电容C
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的第一端相连接，E极与电容C1‑1的第一端相连接，C1‑1第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级电容的电场感应取能电源电路，其特征在于，该电路包括第一级取能电路，并且第一级取能电路包括压敏电阻Z1、取能电容C
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、采样电阻R1‑1和R1‑2、迟滞比较控制电路、二极管D1、续流二极管VD1、开关管MOS1、变压器T1、二极管VD2、储能电容C
s
以及DC
‑
DC电路；其中，采样电阻R1‑1和R1‑2串联后与压敏电阻Z1、取能电容C
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并联，直流电流I
dc
由压敏电阻Z1和取能电容C
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的第一端流入；迟滞比较控制电路与取能电容C
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并联，迟滞比较器输入端与采样电阻R1‑1的第二端和采样电阻R1‑2的第一端相连接，输出端与开关管MOS1的G级连接；开关管MOS1的G级与迟滞比较控制电路的输出端相连接，用于接受迟滞比较电路的控制信号，D级与变压器T1原边的out端相连接，S级与取能电容C
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的第二端连接；二极管D1的阳极与取能电容的C
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的第一端连接，阴级与变压器T1原边的in端相连接；续流二极管VD1的阴级与变压器原边的in端相连接，阳极与变压器T1原边的out端相连接；变压器副边的in端与储能电容C
s
的第一端相连接，副边out端与二极管VD2的阳极相连接，变压器T1用于将取能电容上电压转移至储能电容C
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上；二极管VD2阴极与储能电容C
s
的第一端相连接；储能电容C
s
的第一端与DC
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DC电路的第一端相连接，储能电容C
s
的第二端与DC
‑
DC电路的第二端相连接。2.根据权利要求1所述的一种多级电容的电场感应取能电源电路，其特征在于，该电路还包括第二级取能电路，第二级取能电路包括：压敏电阻Z2、取能电容C
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、采样电阻R2‑1、采样电阻R2‑2、采样电阻R2‑3、采样电阻R2‑4、二极管D2‑1、二极管D2‑2、电压比较控制电路以及开关管MOS2；二极管D2‑1的阳极与C
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的第二端连接，阴极与取能电容C
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的第一端连接；压敏电阻Z2并联于取能电容C
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两端；采样电阻R2‑1与采样电阻R2‑2串联，采样电阻R2‑1的第一端与取能电容的C
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的第一端连接，采样电阻R2‑1的第二端与采样电阻R2‑2的第一端连接，采样电阻R2‑2的第二端与取能电容C
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的第二端连接；采样电阻R2‑3与采样电阻R2‑4串联，并联于取能电容C
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两端；电压比较控制电路并联与取能电容C
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两端，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R2‑1的第二端以及采样电阻R2‑2的第一端相连接，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R2‑3的第二端以及采样电阻R2‑4的第一端相连接，输出端与开关管MOS2的G级相连接；开关管MOS2的G级与比较控制电路的输出端相连接，用于接受比较电路的控制信号，D级与变压器T1原边的out端相连接，S级与取能电容C
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的第二端相连接；二极管D2‑2的阳极与取能电容C
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的第一端连接，阴级与变压器T1原边的in端相连接。3.根据权利要求1所述的一种多级电容的电场感应取能电源电路，其特征在于，该电路包括第三级取能电路包括：压敏电阻Z3、取能电容C
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、采样电阻R3‑1、采样电阻R3‑2、采样电阻R3‑3、采样电阻R3‑4、二极管D3‑1、二极管D3‑2、电压比较控制电路以及开关管MOS3；二极管D3‑1的阳极与取能电容C
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第二端连接，阴极与取能电容C
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的第一端连接；压敏电阻Z3并联于取能电容C
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两端；采样电阻R3‑1的第一端与取能电容C
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的第一端连接，采样电阻R3‑1的第二端与采样电阻R3‑2的第一端连接，采样电阻R3‑2的第二端与取能电容C
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第二端连接；采样电阻R3‑3与采样电阻R3‑4串联，并联于取能电容C
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两端；电压比较控制电路并联与取能电容C
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两端，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R3‑1的第二端以及采样电阻R3‑2的第一端相连接，电压比较控制电路的第一个输入端与采样电阻R3‑3的第二端以及采样电阻R3‑4的第一端相连接，输出端与开关管MOS3的G级相连接；开关管MOS3的G级与比较控制电路的输出端相连接，用于接受比较电路的控制信号，D级与变压器T1原变的out端相连接，S级与取能电容C
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的第二端相连接；二极管D3‑2的阳极与取能电容C
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的一端连接，阴级与变压器T1原边的
in端相连接。4.根据权利要求1所述的一种多级电容的电场感应取能电源电路，其特征在于，所述迟滞比较控制电路包括电阻R1‑3、稳压二极管D1‑2、三极管BJT1、电容C1‑1、运算放大器1
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1、电压基准、运算放大器1
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2、电阻R1‑4与电阻R1‑5；其中，电阻R1‑3一端与取能电容C
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的第一端相连接，另一端与稳压二极管D1‑2阴极相连接及三极管BJT1的B级相连接；稳压二极管D1‑2的阴极与电阻R1‑3的第二端相连接，阳极与取能电容C
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的第二端相连接，稳压二极管D1‑2用于提供稳定的电压输出；三极管BJT1的C极与取能电容C
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的第一端相连接，E极与电容C1‑1的第一端相连接，C1‑1第二端与取能电容C
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的第二端相连接，运算放大器1
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1的V
cc
端与三极管BJT1的E极相连接，GND端与取能电容C
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的第二端相连接，正向输入端与采样电阻R1‑1第二端及采样电阻R1‑2的第一端相连接，反相输入端与输出端相连接，接成电压跟随器形式，用于收集采样电阻部分的采样电压值V
s1
；电压基准的in端与三极管BJT1的E极相连接，GND端与取能电容C
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的第二端相连接，out端与运算放大器1
‑
2的反相输入端相连接，用于提供稳定的参考电压V
ref
；电阻R1‑4的第一端与运算放大器1
‑
1的输出端相连接，第二端与运算放大器1
‑
2的正向输入端相连接，电阻R1‑5第一端与运算放大器1
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2的正向输入端相连接，电阻R1‑5第二端与运算放大器1
‑
2的输出端相连接形成迟滞比较器结构，用于控制取能电容C
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的充放电，运算放大器1
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2的V
cc
端与三极管BJT1的E极相连接，运算放大器1
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2的取能电容C
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的第二端相连接。5.根据权利要求2所述的一种多级电容的电场感应取能电源电路，其特征在于，所述电压比较控制电路包括：电阻R2‑5、稳压二极管D2‑3、三极管BJT2、电容C2‑1、运算放大器2
‑
1、运算放大器2
‑
2、运算放大器2
‑
3；其中，电阻R2‑5与取能电容C
h2
的第一端相连接，第二端与稳压二极管D2‑3阴极以及三极管BJT2的B级相连接；稳压二极管D2‑3的阴极与电阻R2‑5的第二端相连接，阳极与电容C2‑1的第二端相连接，稳压二极管D2‑3用于提供稳定的电压输出；三极管BJT2的C极与取能电容C
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的第一端相连接，E极与电容C2‑1的第一端相连接，三极管BJT2用于提高稳压二极管D2‑3的带负载能力；电容C2‑1第二端与电容C
h2
的第二端相连接，电容C2‑1用于提高输出电压的稳定性；运算放大器2
‑
1的正向输入与采样电阻R2‑1的第二端以及采样电阻R2‑2第一端相连接，反相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维，任翰林，许晨进，苏文博，段名荣，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：