[发明专利]一种电线磁场能量采集电源

说明书

本发明公开了一种电线磁场能量采集电源，包括针对取能线圈磁芯的设计优化与后端的电源管理电路，主要由取能线圈、匹配保护电路、整流电路、能量存储电路、电压监控及控制电路和稳压输出电路组成；通过取能线圈取得能量，通过匹配电容，提高输出功率，然后将电能输送到整流电路，整流之后直接给能量储存电路，通过电压监控及控制电路控制能量储存电路的充电放电，最后为负载提供电能。在电线电流为2A的小电流情况下，取能电源可为负载正常供电。

技术领域

本发明涉及一种电线磁场能量采集电源，特别是涉及一种提高取能效率的取能磁芯结构，提高输出功率的匹配电路、以及电源管理电路。

背景技术

近年来，无线传感器网络在物联网、智能家居、智能制造等领域得到了广泛的应用，越来越多的无线传感器节点被用于环境监测，比如温度、湿度、风速和烟雾等测量。传统上，无线传感器节点通常采用电池供电，受电池有限能量限制，需要人工定期维护更换电池，这就大大地增加了人工成本和物料成本，尤其在危险、偏远等人力难以到达的场合。通过将电磁能转换成电能为无线传感器节点供电，对于不方便更换电池、需要长期监测的应用场合，可以有效地解决传感网络中电子设备的供能问题。

考虑到交流电线产生的电磁能量广泛分布在家庭、车间、电力系统等，且较为稳定。电线电流、温度等又是用电安全监测是主要参数，电线可能因老化等原因发生温度升高，甚至起火等事故。因此，针对智能家居、智能制造和智能电网，通过能量采集器收集将交流电线周围的电磁能为传感器供电，监控电线周围的环境状况，成为最佳选择。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种电线磁场能量采集电源，采用的技术方案如下：

本发明包括取能线圈、匹配保护电路、整流电路、能量存储电路、电压监控及控制电路和稳压输出电路，其中所述取能线圈的一次侧为电线，取能线圈的二次侧与匹配保护电路连接，匹配保护电路与整流电路并联，整流电路的输出端与能量存储电路串联，能量存储电路的输出端再与稳压输出电路串联，电压监控及控制电路的输出端与稳压输出电路连接，电压监控及控制电路的输入端与能量存储电路连接，电压监控及控制电路的另一输出端与匹配保护电路连接；

所述匹配保护电路在大电流的时候保护电路不被烧坏，以及提高取能线圈输出功率；所述整流电路将交流变为直流；所述电压监控及控制电路用于监控能量存储电路的电压是否在预设范围内，以控制能量存储电路不超预设范围；所述稳压输出电路用于降压之后为负载供电。

进一步，磁芯用于取得交流电能，通过设计其结构，来提高线圈输出功率。为方便安装，必须要有开口，在闭合之后的间隙，还是这会引发磁漏，为提高取能效率，减小漏磁，设计使用锯齿状的开口方式，其作用是在不改变磁芯的体积的情况下，减小两个磁芯间的间隙导致的磁漏，提高磁感应强度，减小漏磁，并且其漏磁会随着锯齿长度的增加，漏磁会越来越少，以此来提高取能线圈的输出功率。锯齿长度为磁芯宽度的1-2倍。所述取能线圈具有闭合磁芯，所述闭合磁芯由至少两个磁芯块组合而成，所述磁芯块的两端为锯齿状，两个磁芯块连接处的锯齿互补，使两个磁芯块的连接平整。

进一步，所述匹配保护电路包括谐振匹配电路和保护电路，谐振匹配电路为连接在取能线圈二次侧两端的电容，谐振匹配电路可以提高取能线圈的输出功率，通过对电路进行电容匹配，使电路发生谐振，所述的谐振电路使用的是串联谐振，提高线圈输出功率。所述保护电路由瞬变抑制二极管TVS和压敏电阻组成，所述二极管TVS与压敏电阻并联后，与取能线圈的二次侧两端连接。为防止电路发生过压冲击，当电压超过二极管钳制电压时，二极管击穿，将取能线圈短路，保护后端电路，待电压恢复正常时，电路恢复正常工作。

进一步，所述整流电路选用桥式全波整流电路。

进一步，所述能量存储电路选用0.47F的超级电容，其耐压值为5.5V。