【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电流监测技术，具体是基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器。
技术介绍
1、在电力系统、工业自动化、能源管理等领域的部分用电设备会配备电流监测器对其电流进行监测，以便于工作人员监控用电设备工作状态。为了节省能源，电流监测器通常会配备取电设备来供电，目前电流监测器配备的取电设备普遍基于电流互感器（ct）实现，其利用电磁感应原理获取用电设备在工作状态下的工频交流回路中的电流，然后将该电流转换为设定比例的交流电，进而为电流监测器提供可靠的电源。然而，当用电设备处于待机等低功率工作状态时，取电设备获取的电能不足以保证电流监测器的正常运行，这导致现有电流监测器不能实现用电设备处于低功率工作状态时的电流监测。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有电流监测器不能实现用电设备处于低功率工作状态时电流监测的问题，提供了一种基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其利用温差发电片和电流互感器产生的电能为电流监测器供电，进而保证电流监测器能实现用电设备处于低功率工作状态时电流的监测。
2、本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：
3、基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，包括电流互感器、温差发电片、能量管理模块、电源管理模块、微控制器、无线发射模块、信号采样与能量收集切换模块及信号处理模块，其中：
4、电流互感器，与能量管理模块和信号处理模块连接，用于采集用电设备在工作状态下的工频交流回路中的电流并转换为设定比例的小
5、温差发电片，与能量管理模块连接，附着在用电设备外壳上，当其发热面与散热面形成温差时产生电能并发送至能量管理模块；
6、能量管理模块，与电源管理模块连接，用于从电流互感器和温差发电片收集电能并储存，供电源管理模块调度；
7、电源管理模块，与微控制器及电流监测器中其它有源元器件连接，并从能量管理模块获取电能为微控制器及电流监测器中有源元器件供电；用于接收微控制器生成的控制信号控制电流监测器中有源元器件供电线路的通断；
8、信号采样与能量收集切换模块，用于接收微控制器的控制信号，控制电流互感器与能量管理模块之间的线路、电流互感器与信号处理模块之间的线路择一接通；
9、信号处理模块，用于接收电流互感器发送的电流信号并放大至设定的微控制器处理电平后发送至微控制器；
10、微控制器，用于生成控制电流监测器中有源元器件供电线路通断的控制信号发送至电源管理模块；用于接收信号处理模块发送的信号并计算出实际电流值，然后将该电流值发送至无线发射模块；
11、无线发射模块，用于接收微控制器发送的电流值并将计算的电流值无线传输至与电流监测器远程交互的接收器。
12、本专利技术提供了一种利用温差发电片（teg）结合电流互感器（ct）进行能量收集供电的无源无线电流监测器方案。该系统利用温差发电片和电流互感器产生的电能为电流监测器供电，实现对用电设备电流的监测和无线数据传输。当被监测用电设备在低功率情况下，例如100ma电流，通过电流互感器变比出来的能量太弱以至于无法使用。为了监控用电设备在低功率情况下的电流，本专利技术通过温差发电片获取能量为系统供电，如此，本专利技术应用时能满足监测处于100ma电流的用电设备的需求。
13、进一步的，所述能量管理模块包括ac/dc整流稳压模块、变压器谐振升压模块及储能模块，其中：
14、ac/dc整流稳压模块，与电流互感器连接，用于将电流互感器输出的交流电转换为直流电并发送至储能模块；
15、变压器谐振升压模块，与温差发电片连接，用于获取温差发电片发送的电能并进行升压、整流后发送至储能模块；
16、储能模块，用于接收ac/dc整流稳压模块和变压器谐振升压模块输出的电能。
17、进一步的，所述ac/dc整流稳压模块包括四个肖特基二极管构成的桥式整流电路和一个稳压二极管，所述桥式整流电路的两个输入端分别与电流互感器的两个输出端一一对应连接，桥式整流电路的一个输出端与储能模块连接，另一个输出端接地；所述稳压二极管正极接地，其负极连接于桥式整流电路与储能模块之间的线路上；
18、所述能量收集模块与储能模块之间的线路上串联一个肖特基二极管，该肖特基二极管正极与能量收集模块连接，其负极与储能模块连接。
19、进一步的，所述能量管理模块还包括与储能模块连接的过压保护模块，所述过压保护模块用于监测储能模块电压，当储能模块电压超过设定泄放阈值时对储能模块储存的电能进行泄放。
20、进一步的，所述过压保护模块包括电压比较器、功率电阻及第一nmos管，所述电压比较器输入端与储能模块连接，其输出端与第一nmos管栅极连接，所述功率电阻两端分别与电压比较器输入端和第一nmos管漏极连接，第一nmos管源极接地。
21、进一步的，所述变压器谐振升压模块包括变压器、dc/dc转换器、第一电容、第二电容、第四电容及第五电容，所述dc/dc转换器采用ltc3108芯片实现，所述变压器初级线圈一个输入端与温差发电片连接，另一端输入端与dc/dc转换器sw管脚连接，所述第二电容一端连接于变压器初级线圈与温差发电片之间的线路上，其另一端接地；所述变压器次级线圈一个输出端接地，另一个输出端与第一电容和第四电容连接，第一电容相对连接变压器次级线圈端的另一端与dc/dc转换器c1管脚连接，第四电容相对连接变压器次级线圈端的另一端与dc/dc转换器c2管脚连接；所述第五电容一端与dc/dc转换器vs1管脚和vaux管脚连接，其另一端接地。
22、进一步的，所述电源管理模块包括迟滞比较器、dc/dc转换模块及电源开关，所述迟滞比较器与dc/dc转换模块连接，迟滞比较器和dc/dc转换模块均与储能模块连接，dc/dc转换模块与微控制器和电源开关连接，其中：
23、迟滞比较器，用于监测储能模块储能电压阈值上限和下限，当储能模块电压达到设定的上限阈值时，使能dc/dc转换模块，当储能电压到达设定的下限阈值时关闭dc/dc转换模块；
24、dc/dc转换模块，用于对储能模块输出的直流电进行升压或降压控制；
25、电源开关，与电流监测器中有源元器件连接，用于接收微控制器生成的控制信号控制电流监测器中有源元器件供电线路的通断。
26、进一步的，所述信号采样与能量收集切换模块包括第一pnp三极管、第二nmos管、第三nmos管、第一电阻及第二电阻，所述第一pnp三极管发射极与微控制器连接用于接收微控制器的控制信号，所述第二电阻一端与第一pnp三极管基极连接，其另一端接地；所述第二nmos管栅极与第三nmos管栅极连接，第二nmos管源极与第三nmos管源极连接，所述第一电阻一端连接于第二nmos管源极与第三nmos管源极之间的线路上，其另一端连接于第二nmos管栅极与第三nmo本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，包括电流互感器、温差发电片、能量管理模块、电源管理模块、微控制器、无线发射模块、信号采样与能量收集切换模块及信号处理模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述能量管理模块包括AC/DC整流稳压模块、变压器谐振升压模块及储能模块，其中：
3.根据权利要求2所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述AC/DC整流稳压模块包括四个肖特基二极管构成的桥式整流电路和一个稳压二极管，所述桥式整流电路的两个输入端分别与电流互感器的两个输出端一一对应连接，桥式整流电路的一个输出端与储能模块连接，另一个输出端接地；所述稳压二极管正极接地，其负极连接于桥式整流电路与储能模块之间的线路上；
4.根据权利要求2所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述能量管理模块还包括与储能模块连接的过压保护模块，所述过压保护模块用于监测储能模块电压，当储能模块电压超过设定泄放阈值时对储能模块储存的电能进行
5.根据权利要求4所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述过压保护模块包括电压比较器、功率电阻及第一NMOS管，所述电压比较器输入端与储能模块连接，其输出端与第一NMOS管栅极连接，所述功率电阻两端分别与电压比较器输入端和第一NMOS管漏极连接，第一NMOS管源极接地。
6.根据权利要求2所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述变压器谐振升压模块包括变压器、DC/DC转换器、第一电容、第二电容、第四电容及第五电容，所述DC/DC转换器采用LTC3108芯片实现，所述变压器初级线圈一个输入端与温差发电片连接，另一端输入端与DC/DC转换器SW管脚连接，所述第二电容一端连接于变压器初级线圈与温差发电片之间的线路上，其另一端接地；所述变压器次级线圈一个输出端接地，另一个输出端与第一电容和第四电容连接，第一电容相对连接变压器次级线圈端的另一端与DC/DC转换器C1管脚连接，第四电容相对连接变压器次级线圈端的另一端与DC/DC转换器C2管脚连接；所述第五电容一端与DC/DC转换器VS1管脚和VAUX管脚连接，其另一端接地。
7.根据权利要求1所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述电源管理模块包括迟滞比较器、DC/DC转换模块及电源开关，所述迟滞比较器与DC/DC转换模块连接，迟滞比较器和DC/DC转换模块均与储能模块连接，DC/DC转换模块与微控制器和电源开关连接，其中：
8.根据权利要求1所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述信号采样与能量收集切换模块包括第一PNP三极管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一电阻及第二电阻，所述第一PNP三极管发射极与微控制器连接用于接收微控制器的控制信号，所述第二电阻一端与第一PNP三极管基极连接，其另一端接地；所述第二NMOS管栅极与第三NMOS管栅极连接，第二NMOS管源极与第三NMOS管源极连接，所述第一电阻一端连接于第二NMOS管源极与第三NMOS管源极之间的线路上，其另一端连接于第二NMOS管栅极与第三NMOS管栅极之间的线路上，且第一电阻在第二NMOS管栅极与第三NMOS管栅极之间线路的连接节点为第一节点，所述第一PNP三极管集电极与第一节点连接；所述第二NMOS管漏极与电流互感器一个输出端连接，所述第三NMOS管漏极与信号处理模块连接。
9.根据权利要求1所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述信号处理模块采用运算放大器或电能计量芯片实现，所述运算放大器用于接收电流互感器发送的电流信号并放大至设定的微控制器处理电平发送至微控制器，所述电能计量芯片接收电流互感器发送的电流信号依次经信号放大、ADC转换、滤波及数据处理计算后发送至微控制器。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，还包括与微控制器连接的温湿度传感器，所述温湿度传感器用于按设定时间间隔采集当前环境温湿度数据并发送至微控制器，所述微控制器通过获取的温湿度数据与设定的温湿度阈值进行比对，并在超过设定阈值时生成预警信息。
...【技术特征摘要】
1.基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，包括电流互感器、温差发电片、能量管理模块、电源管理模块、微控制器、无线发射模块、信号采样与能量收集切换模块及信号处理模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述能量管理模块包括ac/dc整流稳压模块、变压器谐振升压模块及储能模块，其中：
3.根据权利要求2所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述ac/dc整流稳压模块包括四个肖特基二极管构成的桥式整流电路和一个稳压二极管，所述桥式整流电路的两个输入端分别与电流互感器的两个输出端一一对应连接，桥式整流电路的一个输出端与储能模块连接，另一个输出端接地；所述稳压二极管正极接地，其负极连接于桥式整流电路与储能模块之间的线路上；
4.根据权利要求2所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述能量管理模块还包括与储能模块连接的过压保护模块，所述过压保护模块用于监测储能模块电压，当储能模块电压超过设定泄放阈值时对储能模块储存的电能进行泄放。
5.根据权利要求4所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述过压保护模块包括电压比较器、功率电阻及第一nmos管，所述电压比较器输入端与储能模块连接，其输出端与第一nmos管栅极连接，所述功率电阻两端分别与电压比较器输入端和第一nmos管漏极连接，第一nmos管源极接地。
6.根据权利要求2所述的基于温差发电片和电流互感器取电供能的电流监测器，其特征在于，所述变压器谐振升压模块包括变压器、dc/dc转换器、第一电容、第二电容、第四电容及第五电容，所述dc/dc转换器采用ltc3108芯片实现，所述变压器初级线圈一个输入端与温差发电片连接，另一端输入端与dc/dc转换器sw管脚连接，所述第二电容一端连接于变压器初级线圈与温差发电片之间的线路上，其另一端接地；所述变压器次级线圈一个输出端接地，另一个输出端与第一电容和第四电容连接，第一电容相对连接变压器次级线圈端的另一端与dc/dc转换器c1管脚连接，第四电容相对...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈景诚，曾静，龚绍杰，李敬阳，高鹏飞，周勇兴，陈崧，胡凯，
申请(专利权)人：四川九通智路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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