[发明专利]一种适应宽动态范围母线电流工作的耦合取能电源

说明书

本发明涉及耦合取能电源相关技术领域，是一种适应宽动态范围母线电流工作的耦合取能电源，其包括耦合取能单元、取能线圈切换控制单元和电压调整单元；耦合取能单元包括能够套装在电力母线上的铁芯和均匀地绕置在其上且带有中间抽头的取能线圈，取能线圈切换控制单元可实时监测电压调整单元输出电压，自动平稳地切换取能线圈的匝数。本发明结构合理而紧凑，取能效率较高，能够根据母线电流动态调整取能线圈接入电路的匝数，解决了现有技术中耦合取能电源存在的工作电流范围较窄、取能效率较低、取能线圈匝数切换时继电器频繁往复跳动等问题。

技术领域

本发明涉及耦合取能电源相关技术领域，特别是一种适应宽动态范围母线电流工作的耦合取能电源，主要应用于交流母线上监测装置的电源供给。

背景技术

耦合取能电源是通过在电力母线上套装可开启式的良磁导体，利用电磁感应原理从母线电流在其周围产生的交变磁场中截获能量，再经整流、滤波、电压变换得到负载所需电源。耦合取能电源的优点是电源结构简单、成本低廉，面临的困难是适应母线电流变化的动态范围不足 ，特别是电源的热耗随母线电流增大而增大，难以适应母线电流大的情况。

为提高耦合取能电源工作电流的上限值，主要有两种：一是通过稳压式，反馈控制式和斩波控制式控制电路等通过电子器件泄能的方式来降低电源的热耗，由于不能改变取能线圈匝数，使电源输入能量不变，热耗始终随母线电流增大而增大，无法兼顾电流动态范围的下限和上限，导致电流互感取能电源工作电流范围较窄；二是通过控制取能线圈变比降低电源热耗的方法，采用传感线圈检测次级电流，并通过控制继电器的开合实现取能线圈变比的切换，使次级电流始终保持在预先设定的范围内，但该方式不仅增加控制铁芯、传感线圈和较复杂的控制电路，功耗较大，降低了取能效率，无法降低启动电流下限，而且对取能线圈的切换控制的可靠性要求较高，设计不当容易导致继电器频繁动作。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术中耦合取能电源存在的工作电流范围较窄、取能效率较低、取能线圈匝数切换时继电器频繁往复跳动等问题，提出一种适应宽动态范围母线电流工作的耦合取能电源，其结构合理而紧凑，取能效率较高，能够根据母线电流动态调整取能线圈接入电路的匝数以适应较宽动态范围的母线电流。

本发明的技术方案为：一种适应宽动态范围母线电流工作的耦合取能电源，包括：耦合取能单元、取能线圈切换控制单元和电压调整单元；耦合取能单元包括能够套装在电力母线上的铁芯和均匀绕置在其上且带有中间抽头的取能线圈，中间抽头位于取能线圈的总线圈的中部并形成分线圈；耦合取能单元与取能线圈切换控制单元连接，取能线圈切换控制单元与电压调整单元连接；取能线圈切换控制单元包括保护电阻、第一分压电阻、电阻值可调节的第二分压电阻、限流电阻、NPN三极管、稳压电容、三端可调分流基准源、继电器、光耦器件、上拉电阻和续流二极管；保护电阻的一端分别与输入电源连接和第一分压电阻连接，保护电阻的另一端分别与继电器和续流二极管的负极端连接，第一分压电阻的另一端与第二分压电阻连接，第二分压电阻与稳压电容并联，稳压电容的负极端接模拟地，三端可调分流基准源的集电极和发射极与稳压电容的两端并联，三端可调分流基准源的基极与限流电阻的一端连接，限流电阻的另一端与NPN三极管的基极连接，NPN三极管的集电极与稳压电容的正极连接，NPN三极管的发射极与第二分压电阻的电阻调节端连接，光耦器件的输入端负极端与三端可调分流基准源的基极连接，光耦器件的输入端正极端与续流二极管的正极端和继电器连接并接数字地，光耦器件的输出端的正极端与上拉电阻的一端连接，上拉电阻的另一端与外部电源连接。

下面是对本发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述取能线圈的总线圈匝数为使耦合取能电源输出功率最大时的匝数，分线圈匝数为总线圈匝数的0.2~0.5倍。

上述取能线圈切换控制单元可实时监测电压调整单元输出电压，母线电流较小时，电压调整单元的输出电压小于取能线圈切换控制单元电压设定值，取能线圈的总线圈接入电路，母线电流较大时，电压调整单元的输出电压大于取能线圈切换控制单元电压设定值，继电器动作，取能线圈的分线圈接入电路。