專利名稱：一種從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法。(二)、背景技術(shù)在電力系統(tǒng)中電壓等級在千伏以上(如10kV、35kV、110kV等) 的線路上，工作著大量的電子設(shè)備，如計(jì)量、保護(hù)、控制、通信等設(shè)備，這些電子設(shè)備工作所 需要的工作電壓在數(shù)伏級到數(shù)十伏級。這些設(shè)備通常需要直接由高壓線路對其供電。目前 已公開的供電解決方案有1、通過電磁式電壓互感器/變壓器將高電壓降低到不大于100V的低電壓交流電， 再經(jīng)過二次降壓及整流、濾波、穩(wěn)壓后得到低壓直流電供電子電路工作。這是目前電力系統(tǒng) 主流的方案。這種方案的主要缺陷一是高電壓對電壓互感器/變壓器繞組間及其與大地 之間的絕緣有著較高的要求，造成設(shè)備體積大、成本高，且容易發(fā)生絕緣擊穿事故，二是容 易出現(xiàn)鐵磁諧振問題，造成設(shè)備燒毀事故，甚至發(fā)生爆炸，威脅電力系統(tǒng)安全。2、通過電容分壓后得到低電壓，再變換成直流低電壓，如圖9所示，如一種IOkV 和35kV三相電子式高壓電能表的專利電路(專利號ZL 200420075997. 9，授權(quán)公告日 20060830，授權(quán)公告號CN2812018Y，申請國中國)，該方案中負(fù)載與其中一個分壓電容器 并聯(lián)。當(dāng)負(fù)載消耗功率增大時，負(fù)載等效阻抗降低，造成該分壓電容上的電壓降低，負(fù)載所 獲得的功率反而下降。因此要求分壓電容器有較大的容量，這會造成設(shè)備體積增大，且在負(fù) 載小時負(fù)載側(cè)分壓電容器上的分壓反而加大，為了防止電壓過高，一般是通過并聯(lián)式穩(wěn)壓 電路來使得總負(fù)載保持恒定。這種穩(wěn)壓方式的缺點(diǎn)是總負(fù)載必須一直按最大可能實(shí)際負(fù)載 來設(shè)置且不能動態(tài)調(diào)整，這樣增加了設(shè)備的功耗。在高壓電源中存在較高幅度的高頻諧波 時，高壓回路電流增加，可能會出現(xiàn)超過負(fù)載所能承受的能量，造成負(fù)載的燒毀。3、通過分壓電容器和隔離變壓器的原邊串聯(lián)，在隔離變壓器副邊獲得低電壓，再 進(jìn)行變換成直流低電壓，比如圖10所示的一種直接安于IOKV供電線路上的小型高壓電能 表的專利電路(申請?zhí)?200910015967，公開號10157155，
公開日=20091104,申請國中 國)，同樣存在負(fù)載越大，相應(yīng)分壓比越低，從而所獲得功率越小的問題。而且由于原邊為電 容器和電感器串聯(lián)，仍然存在鐵磁諧振問題，為了消除鐵磁諧振問題，設(shè)置了箝位元件進(jìn)行 保護(hù)，但在高壓電源中存在較高幅度的高頻諧波時，會導(dǎo)致分壓電容器上的分壓降低，隔離 變壓器(感性元件)上的分壓升高，在箝位元件上可能會出現(xiàn)持續(xù)超過箝位元件所能承受 的能量，造成箝位元件燒毀。4、在高壓線路上串入電流互感器，電流互感器副邊電壓輸出經(jīng)整流濾波變換后變 成低壓直流電，比如圖11所示的自生電源等電位高壓電能測量裝置的專利電路(專利號 200810014039，公開號:10122119，
公開日=20080716,申請國中國)。這種方案缺陷是高壓 線路中電流較小時或無電流時無法提供足夠的電能，無法維持負(fù)載的連續(xù)工作。(三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種從高壓電力線路中獲 取低壓電源的方法，為工作于高壓電力線路中的電子裝置提供低壓工作電源，實(shí)施該方法 的電路能耗小、體積小、避免鐵磁諧振，并能夠抗高頻干擾，能夠連續(xù)工作。本發(fā)明的技術(shù)方案如下。一種從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法，其特征在于
全波整流器的交流輸入端與第一電容器串聯(lián)后接外部輸入工頻高壓電源，直流輸 出端接第二電容器；工頻高壓電源經(jīng)第一電容器分壓，全波整流器整流和第二電容器濾波 后得到電壓Vl ；電壓Vl經(jīng)開關(guān)變換電路變換后輸出電壓V2，電壓V2經(jīng)穩(wěn)壓電路后驅(qū)動負(fù) 載；其中，開關(guān)變換電路中包含有脈沖變壓器，該脈沖變壓器帶有第一繞組，第二繞組 和第三繞組；開關(guān)變換電路中還包含有開關(guān)變換控制電路，該開關(guān)變換控制電路有一個占空比 控制輸入端，通過改變該輸入端的電平改變驅(qū)動第一繞組的電壓通、斷時間的占空比，從而 改變流過第一繞組中的平均電流；第三繞組的感應(yīng)電壓送到整流濾波及遲滯電路，整流濾波及遲滯電路進(jìn)行整流濾 波及時間上的遲滯后輸出電壓信號S30送轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路；電壓Vl經(jīng)過第一分壓電阻器和第二分壓電阻器組成的分壓器分壓后得到電壓信 號S5送到轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路；轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路輸出轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40接開關(guān)變換控制電路的占空比控 制輸入端；轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路根據(jù)電壓信號S5與電壓信號S30的幅值的大小，輸出的轉(zhuǎn)換比 率調(diào)整信號S40，調(diào)整開關(guān)變換控制電路的占空比，進(jìn)而調(diào)整直流電壓Vl的大??；當(dāng)電壓信號S5大于電壓信號S30時，輸出使開關(guān)變換控制電路增加驅(qū)動第一繞組 占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40，增加第一繞組中的平均電流，使得直流電壓Vl下降；當(dāng)電壓信號S5小于電壓信號S30時，輸出使開關(guān)變換控制電路減小驅(qū)動第一繞組 占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40，減小第一繞組中的平均電流，使得直流電壓Vl上升；當(dāng)電壓信號S5等于電壓信號S30時，輸出使開關(guān)變換控制電路保持驅(qū)動第一繞組 占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40，保持第一繞組中的平均電流不變，使得電壓Vl保持不變。其中整流濾波及遲滯電路，第三繞組的感應(yīng)電壓由整流二極管整流后再由第三電 容器濾波，再經(jīng)由運(yùn)算放大器組成的低通濾波器進(jìn)行時間上的遲滯后送轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電 路。其中轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路還包括第一齊納二極管和第二齊納二極管，第一齊納二極 管和第二齊納二極管串聯(lián)，第一齊納二極管的負(fù)端接第二電容器的正端，第二齊納二極管 的正端接第二電容器的負(fù)端；當(dāng)?shù)谝积R納二極管反向擊穿導(dǎo)通時，不管電壓信號S5和電壓 信號S30大小如何，均輸出使開關(guān)變換控制電路增加占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40。其中轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路中，電壓信號S5與一固定參考電壓比較，如果電壓信號S5 大于該參考電壓，則不管電壓信號S5和電壓信號S30大小如何，均輸出使開關(guān)變換控制電 路增加占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40。其中整流濾波及遲滯電路和轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路部分為數(shù)字電路；電壓信號S5經(jīng)過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路；電壓信號S21c先經(jīng)過整流濾波后送到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到數(shù) 字遲滯電路，數(shù)字遲滯電路按照設(shè)定的時間常數(shù)進(jìn)行時間遲滯和低通濾波后送數(shù)字轉(zhuǎn)換比 率調(diào)整電路。數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路做如下操作
當(dāng)S71小于S73時，通過輸出端口輸出使開關(guān)變換控制電路減小驅(qū)動第一繞組占 空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40 ；當(dāng)S71大于S73時，通過輸出端口輸出使開關(guān)變換控制電路 增加驅(qū)動第一繞組占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40 ；當(dāng)S71大于某一設(shè)定值時，強(qiáng)制輸出端 口輸出使開關(guān)變換控制電路增加驅(qū)動第一繞組占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40。本發(fā)明的積極效果在于通過動態(tài)調(diào)整第二電容器上電壓的方法動態(tài)調(diào)整輸出驅(qū)動負(fù)載的功率，避免了普 通電容降壓電路必須設(shè)置恒定負(fù)載帶來的額外功率消耗，減少了電能損失和發(fā)熱。取消了并聯(lián)在負(fù)載側(cè)的分壓電容器，使得串聯(lián)分壓電容器所需要的容量減小，降 低了設(shè)備的總體視在功率，減小了設(shè)備體積，降低了成本。 等效負(fù)載呈容性，徹底避免了鐵磁諧振問題。當(dāng)高壓電路中存在高頻高壓干擾造成高壓回路電流增加時，電路同樣會降低第二 電容器上的電壓Vi，使得干擾電壓大部分施加在分壓第一電容器上，保證了負(fù)載正常工作， 避免了造成電路燒毀的問題

圖1是實(shí)施本發(fā)明方法的供電電路原理圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的開關(guān)變換電路圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的整流濾波及遲滯電路圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的穩(wěn)壓電路圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例二的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例三的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例四的整流濾波及遲滯電路及轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路圖。圖9是作為現(xiàn)有技術(shù)的的電容分壓式供電電路示意圖。圖10是作為現(xiàn)有技術(shù)的電容與變壓器串聯(lián)式供電電路示意圖。圖11是作為現(xiàn)有技術(shù)的電流互感器供電式供電電路示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說 明。本發(fā)明的原理是如圖1，在高壓側(cè)串聯(lián)分壓回路中，設(shè)計(jì)施加在第一電容器2上的電壓遠(yuǎn)大于第二 電容器4上的電壓Vl (通常在10倍以上)，外部單獨(dú)調(diào)整第二電容器4上的電壓時，流過第 一電容器2上的交流電流近似保持不變(具有恒流源特性)。根據(jù)公式P = UI得若電流 I保持不變，第二電容器4上的電壓U越高，負(fù)載所能獲得的輸出功率越大。調(diào)整電壓VI，就 可以調(diào)整向負(fù)載輸出功率的大小。調(diào)整接在電壓Vl上的開關(guān)變換電路20的第一繞組21a 中的平均電流，可以調(diào)整電壓VI?？赏ㄟ^調(diào)整開關(guān)變換控制電路26驅(qū)動第一繞組21a的 占空比來調(diào)整第一繞組21a中的電流；需要加大輸出功率時，暫時減小占空比，使第一繞組 21a的平均電流小于第一電容器2的平均電流，Vl上升；需要減小輸出功率時，暫時增加占 空比，使第一繞組21a的平均電流大于第一電容器2的平均電流，Vl下降；當(dāng)功率達(dá)到平衡 時，調(diào)整占空比，使第一繞組21a的平均電流等于第一電容器2的平均電流，Vl保持不變。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的供電電路包括第一電容器2、全波整流器3、第 二電容器4、第一分壓電阻器5、第二分壓電阻器6，開關(guān)變換電路20、整流濾波及遲滯電路30，轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40，穩(wěn)壓電路50。其中第一電容器2為高耐壓交流電容器，它可以是一個實(shí)體電容器，也可以由多 個電容器串聯(lián)起來以降低對每一個實(shí)體電容器的耐電壓要求。全波整流器3是具備全波整流功能的器件，經(jīng)第一電容器2分壓后的交流電壓施 加在全波整流器3的交流輸入端，經(jīng)整流后在直流輸出端輸出直流脈動電壓施加在第二電 容器4上。開關(guān)變換電路20將第二電容器4上的高壓小電流變換為次級輸出的低電壓大電流。開關(guān)變換電路20的開關(guān)占空比受一個輸入信號S40的控制，增加占空比將增加開 關(guān)變換電路的輸入電流，當(dāng)輸入電流超過電容分壓回路提供的平均電流時，造成第二電容 器4上的電壓Vl下降。在這個暫態(tài)過程中，次級輸出功率將增加，但占空比恢復(fù)正常(使 得開關(guān)變換電路輸入電流等于電容分壓回路提供的平均電流)且Vl已經(jīng)下降后，次級輸出 將穩(wěn)定在低功率輸出狀態(tài)。反之，減小占空比將減小開關(guān)變換電路的輸入電流，當(dāng)輸入電流 小于電容分壓回路提供的平均電流時，造成Vl上升，在占空比恢復(fù)正常且Vl已經(jīng)上升后， 次級輸出將穩(wěn)定在高功率輸出狀態(tài)。因此在降低次級輸出功率的暫態(tài)過程中輸出功率要經(jīng) 過先增加后降低的過程，形成一個輸出電壓上沖，然后達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在增加次級輸出功率的暫 態(tài)過程中輸出功率要經(jīng)過先降低后增加的過程，形成一個輸出電壓跌落，然后達(dá)到穩(wěn)態(tài)。開關(guān)變換電路20的占空比調(diào)整，可以是脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式，也可以是固定 導(dǎo)通寬度而調(diào)整導(dǎo)通間隔方式，也可以是其它的方式。開關(guān)變換電路20中的第二繞組21c和接負(fù)載輸出的第二繞組21b工作于相同的 極性(同為正激或同為反激)，第二繞組21c上的輸出電壓正比于負(fù)載第二繞組21b上的電 壓。該輸出電壓信號S21c送到整流濾波及遲滯電路30。整流濾波及遲滯電路30將電壓信號S21c經(jīng)整流濾波后變換成幅度正比于負(fù)載輸 出電壓的直流電壓信號，然后再進(jìn)行時間上的遲滯。遲滯的目的是躲過因開關(guān)變換電路20 的占空比調(diào)整所造成的輸出電壓的上沖或跌落，需要遲滯電路的時間常數(shù)大于造成上沖或 跌落的時間常數(shù)。經(jīng)過遲滯后的電壓信號S30送到轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40。電壓Vl經(jīng)過第一分壓電阻器5和第二分壓電阻器6分壓后得到一個正比于電壓 Vl的低電壓信號S5輸出到轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40。轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40比較電壓信號S5 和S30幅值的大小。當(dāng)S5等于S30時，則發(fā)出占空比調(diào)整信號S40，使得開關(guān)變換電路的輸 入電流等于電容分壓回路提供的平均電流，此時電壓Vl保持不變，開關(guān)變換電路輸出功率 等于負(fù)載所需要的功率，電路達(dá)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。如果電壓S5大于電壓S30，說明開關(guān)變換 電路20輸出的功率大于負(fù)載所需要的功率，需要降低電壓VI，則發(fā)出使開關(guān)變換電路20增 加占空比的的信號S40，使得開關(guān)變換電路20輸入電流加大，Vl下降，下降到S5等于S30 時，使占空比恢復(fù)到平衡狀態(tài)，此時Vl保持在下降以后的狀態(tài)，使得次級輸出功率降低。如 果電壓S5小于電壓S30，說明開關(guān)變換電路輸出的功率小于負(fù)載所需要的功率，需要提高 Vl電壓，則發(fā)出使開關(guān)變換電路20降低占空比的的信號S40，使得開關(guān)變換電路20輸入電 流減小，Vl上升，上升到S5等于S30時，使占空比恢復(fù)到平衡狀態(tài)，此時Vl保持在上升以 后的狀態(tài)，使得次級輸出功率升高。在開關(guān)轉(zhuǎn)換電路增加輸出功率和降低輸出功率的過程中，分別有一個輸出功率向相反方向變化的暫態(tài)過程，這個過程尤其是引起輸出電壓跌落的過程，會影響該過程中的 帶負(fù)載能力，同時由于遲滯電路有較大的時間常數(shù)，會增加負(fù)載響應(yīng)時間，因此需要電容器 25有足夠的容量。同時上述過程會造成輸出電壓波動，因此需要穩(wěn)壓電路50來穩(wěn)定輸出電 壓。穩(wěn)壓電路可采用線性穩(wěn)壓器也可以是開關(guān)式穩(wěn)壓器。實(shí)施例一如圖1，供電電路包括第一電容器2、全波整流器3、第二電容器4、第一分壓電阻器 5和第二分壓電阻器6，開關(guān)變換電路20、整流濾波及遲滯電路30，轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40，穩(wěn) 壓電路50。其中第一電容器2起分壓作用，其參數(shù)選擇主要考慮耐壓和容量，其中耐壓要與 所工作的電壓等級的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求相符合。容量與工頻頻率、負(fù)載所需要的最大功率和 開關(guān)變換電路最大輸入工作電壓及開關(guān)轉(zhuǎn)換電路效率有關(guān)，可根據(jù)設(shè)計(jì)的負(fù)載最大功率、 轉(zhuǎn)換效率、開關(guān)變換電路最大工作電壓計(jì)算出高壓回路等效電流，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)中最低高 壓側(cè)工作電壓，按 第一電容器2的工頻阻抗=(高壓回路最低工作電壓_關(guān)變換器最大工作電壓)/ 高壓回路等效電流，計(jì)算出第一電容器2阻抗指標(biāo)，然后換算出所需電容量。全波整流器3主要考慮耐壓要超過開關(guān)變換電路最大工作電壓，耐沖擊電流要超 過分壓電容器突然加電瞬間的浪涌電流。為了降低全波整流器3的耐沖擊電流指標(biāo)，可以 考慮在分壓回路中串入阻尼電阻器，降低浪涌電流。第二電容器4的容量，一是影響啟動過程，與負(fù)載側(cè)的總電容量有關(guān)，第二電容器 4容量越大越容易啟動。但容量大會造成負(fù)載響應(yīng)速度的降低，可通過在電路啟動時關(guān)閉部 分負(fù)載側(cè)電容來平衡啟動速度和負(fù)載響應(yīng)速度。開關(guān)變換電路的占空比控制在本實(shí)施例中采用一個簡單的導(dǎo)通_斷開控制邏輯 的開關(guān)電源控制集成電路來實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，開關(guān)電源控制集成電路26具有如下功能 當(dāng)引腳EN外部沒有下拉電流時，變換電路處于較高占空比變換狀態(tài)，當(dāng)外部控制信號S40 的電平下降從引腳EN拉出電流時，則降低了轉(zhuǎn)換電路的占空比，從而降低了開關(guān)變換電路 20的輸入電流。開關(guān)變換電路20要求在設(shè)計(jì)最大占空比時，平均輸入電流大于高壓線路處于最 高設(shè)計(jì)工作電壓時的分壓電容器中的電流。整流濾波及遲滯電路如圖3所示，其中二極管31和第三電容器32構(gòu)成了整流濾 波電路，電阻器33、34、35、36、37和電容器38及運(yùn)算放大器39構(gòu)成了遲滯電路(也可稱低 通濾波器，移相器)，可按低通濾波器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)遲滯電路的時間常數(shù)，時間常數(shù)要大 于造成輸出電壓上沖或跌落的時間常數(shù)。其中VREF是參考電壓基準(zhǔn)，是由其它電路提供一 種幅值穩(wěn)定的直流電壓。選擇電阻器33、34、35、36分壓比例關(guān)系的原則是在開關(guān)變換電路處于平衡狀態(tài) 時且次級輸出電壓達(dá)到設(shè)計(jì)值時，運(yùn)算放大器同相與反相輸入端電壓相等。轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路如圖4所示，其中比較器41比較電壓信號S30和S5。三極管 44是NPN型三極管。電阻器42是三極管44的基極限流電阻器。電阻器43是三極管的基 極下偏置電阻器。當(dāng)S5電平大于S30時，比較器41輸出低電平，三極管44的基極處于無偏置電壓狀態(tài)，集電極與發(fā)射極之間截止，S40不能從開關(guān)電源控制集成電路26的引腳EN 拉出電流，則開關(guān)變換電路20處于高占空比工作狀態(tài)；當(dāng)S5電平小于S30時，比較器41輸 出高電平，三極管44的基極處于正偏狀態(tài)，集電極與發(fā)射極之間導(dǎo)通，S40從開關(guān)電源控制 集成電路26的引腳EN拉出電流，使得引腳EN電平下降，則開關(guān)變換電路20處于低占空比 工作狀態(tài)。選擇第一分壓電阻器5和第二分壓電阻器6的分壓比例關(guān)系的原則是在開關(guān)變 換電路處于設(shè)計(jì)最大功率轉(zhuǎn)換平衡狀態(tài)時，在Vl處的電壓等于開關(guān)變換電路最大設(shè)計(jì)允 許電壓。穩(wěn)壓電路50在本實(shí)施例中采用非隔離開關(guān)式DC/DC變換器來實(shí)現(xiàn)。要求變換器 的輸入電壓范圍大于開關(guān)變換電路20次級輸出的波動范圍，轉(zhuǎn)換功率和輸出電壓滿足負(fù) 載需求，如圖5所示。其中DC/DC變換控制集成電路53，儲能電感器54，續(xù)流二極管55，濾波電容器56 構(gòu)成了常規(guī)的DC/DC變換器。其中DC/DC變換控制集成電路53有一控制引腳EN，用于控制變換電路的啟動或停 止。當(dāng)施加在其上的電壓低于其門限電壓時，變換器不工作，只消耗很小的待機(jī)電流，當(dāng)施 加在其上的電壓超過門限電壓時，變換器開始變換，驅(qū)動負(fù)載工作。本實(shí)施例通過設(shè)計(jì)分壓電阻器51，52的比值，使得該DC/DC變換器在開關(guān)變換電 路20的次級輸出電壓V2超過維持自身連續(xù)工作所需要的最低電壓后再開始啟動轉(zhuǎn)換。這 種方案減輕了開關(guān)變換電流20的啟動負(fù)載，提高了啟動的可靠性。與本發(fā)明內(nèi)容無關(guān)的但 屬于是本發(fā)明所涉及電路工作所必備的附屬電路，如參考電壓、運(yùn)算放大器工作電源等，屬 公知技術(shù)，在本實(shí)施例說明中從略。實(shí)施例二本實(shí)施例包括了實(shí)施例一中除了轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40之外的所有部分，包括第 一電容器2、全波整流器3、第二電容器4、第一分壓電阻器5和第二分壓電阻器6，開關(guān)變換 電路20、整流濾波及遲滯電路30，穩(wěn)壓電路50，與第1實(shí)施例相同。其中轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40與第1實(shí)施例不同，如圖6所示電路中增加了兩個大電流齊納二極管48，49，或稱瞬變電壓擬制二極管(TVS)，以 及電阻器46，47、三極管45。其中第一齊納二極管48的齊納電壓遠(yuǎn)大于第二齊納二極管49 的齊納電壓，例如第一齊納二極管48可選400V，第二齊納二極管49的齊納電壓選20V。兩 個二極管串聯(lián)起來接在第二電容器4的兩端。當(dāng)Vl電壓小于400V時，兩個二極管都未導(dǎo)通，三極管45截止，轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路 40完全按第1實(shí)施例的方式工作；當(dāng)Vl大于400V而小于420V時，第一齊納二極管48擊 穿箝位，電阻器46，47上有電壓，則三極管45導(dǎo)通，三極管44被強(qiáng)制截止，此時無論比較器 41處于何種狀態(tài)，都強(qiáng)制使開關(guān)變換電路20處于大占空比轉(zhuǎn)換狀態(tài)，導(dǎo)致Vl下降；當(dāng)Vl下 降到400V以下時，三極管45截止，開關(guān)變換電路20的占空比重新受比較器41控制。如果 由于瞬間沖擊等原因使得電壓繼續(xù)升高至420V，則兩個齊納二極管48，49同時導(dǎo)通，將Vl 電壓箝位在420V以下，從而保護(hù)了開關(guān)變換電路20。此后持續(xù)的大占空比轉(zhuǎn)換會使Vl降 低，因此，兩個齊納二極管48，49不會長期導(dǎo)通，不會出現(xiàn)燒毀故障。在三極管45導(dǎo)通導(dǎo)致開關(guān)變換電路20以大占空比工作的過程中，有可能造成次級輸出V2出現(xiàn)過電壓，因此在次級輸出端增加箝位電路是有必要的，例如增加一個齊納電 壓等于設(shè)計(jì)最高工作電壓的大電流齊納二極管。實(shí)施例三本實(shí)施例包括了實(shí)施例一中除了轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40之外的所有部分，包括第 一電容器2、全波整流器3、第二電容器4、第一分壓電阻器5和第二分壓電阻器6，開關(guān)變換 電路20、整流濾波及遲滯電路30，穩(wěn)壓電路50，與第1實(shí)施例相同。其中轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40與實(shí)施例一和實(shí)施例二不同，如圖7所示電路中增加了一個比較器61，電阻器62，63，46，47、三極管45。電阻器62，63的分 壓比設(shè)置為當(dāng)Vl電壓等于開關(guān)變換電路20設(shè)計(jì)允許最高電壓時，比較器61剛好翻轉(zhuǎn)。本實(shí)施例工作過程如下，當(dāng)Vl電壓低于設(shè)定的開關(guān)變換電路20最高工作電壓時， 比較器61輸出低電平，三極管45截止，轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40完全按第1實(shí)施例的方式工 作；當(dāng)Vl電壓高于設(shè)定的開關(guān)變換電路20最高工作電壓時，比較器61輸出高電平，三極管 45導(dǎo)通，三極管44被強(qiáng)制截止，此時無論比較器41處于何種狀態(tài)，都強(qiáng)制使開關(guān)變換電路 20處于大占空比轉(zhuǎn)換狀態(tài)，導(dǎo)致Vl下降；當(dāng)Vl下降到設(shè)定的開關(guān)變換電路20最高工作電 壓以下時，比較器61輸出低電平，三極管45截止，開關(guān)變換電路20的占空比重新受比較器 41控制。在三極管45導(dǎo)通導(dǎo)致開關(guān)變換電路20以大占空比工作的過程中，有可能造成次 級輸出的過電壓，因此在次級輸出端增加箝位電路是有必要的，例如增加一個齊納電壓等 于設(shè)計(jì)最高工作電壓的大電流齊納二極管。實(shí)施例四本實(shí)施例包括了實(shí)施例一中除了整流濾波及遲滯電路30和轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40 之外的所有部分，包括第一電容器2、全波整流器3、第二電容器4、第一分壓電阻器5和第 二分壓電阻器6，開關(guān)變換電路20、穩(wěn)壓電路50，與第1實(shí)施例相同。其中整流濾波及遲滯電路30的一部分和轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路40采用數(shù)字電路來實(shí) 現(xiàn)。如圖8所示。其中數(shù)字電路70是帶有兩路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一路邏輯電平輸出的數(shù)字邏輯 電路，如一個具有內(nèi)置模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的微控制器(MCU)，也可以是獨(dú)立的模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個微控制器。電壓信號S5經(jīng)過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器71轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路 74。電壓信號S21c先經(jīng)過二極管31整流再經(jīng)第三電容器32濾波后送到模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換器72，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到數(shù)字遲滯電路73，數(shù)字遲滯電路按照設(shè)定的時間常數(shù)進(jìn)行 時間遲滯和低通濾波后送數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路74。數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路74做如下操作當(dāng)S71小于S73時，通過輸出端口 75輸出使開關(guān)變換控制電路26減小驅(qū)動第一 繞組21a占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40 ；當(dāng)S71大于S73時，通過輸出端口 75輸出使開關(guān)變換控制電路(26)增加驅(qū)動第 一繞組21a占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40 ；當(dāng)S71大于某一設(shè)定值時，強(qiáng)制輸出端口 75輸出使開關(guān)變換控制電路(26)增加驅(qū)動第一繞組21a占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40。 數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路74可以設(shè)計(jì)更復(fù)雜的算法來提高調(diào)整Vl電壓的準(zhǔn)確性和 實(shí)時性。
權(quán)利要求
1.一種從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法，其特征在于全波整流器(3)的交流輸入端與第一電容器(2)串聯(lián)后接外部輸入工頻高壓電源，直 流輸出端接第二電容器⑷；工頻高壓電源經(jīng)第一電容器⑵分壓，全波整流器⑶整流和 第二電容器(4)濾波后得到電壓Vl ；電壓Vl經(jīng)開關(guān)變換電路(20)變換后輸出電壓V2，電 壓V2經(jīng)穩(wěn)壓電路(50)后驅(qū)動負(fù)載；其中，開關(guān)變換電路(20)中包含有脈沖變壓器(21)，該脈沖變壓器(21)帶有第一繞組 (21a)，第二繞組(21b)和第三繞組(21c)；開關(guān)變換電路(20)中還包含有開關(guān)變換控制電路(26)，該開關(guān)變換控制電路(26)有 一個占空比控制輸入端，通過改變該輸入端的電平改變驅(qū)動第一繞組(21a)的電壓通、斷 時間的占空比，從而改變流過第一繞組(21a)中的平均電流；第三繞組(21c)的感應(yīng)電壓送到整流濾波及遲滯電路(30)，整流濾波及遲滯電路(30) 進(jìn)行整流濾波及時間上的遲滯后輸出電壓信號S30送轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)；電壓Vl經(jīng)過第一分壓電阻器(5)和第二分壓電阻器(6)組成的分壓器分壓后得到電 壓信號S5送到轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)；轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)輸出轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40接開關(guān)變換控制電路(26)的占空 比控制輸入端；轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)根據(jù)電壓信號S5與電壓信號S30的幅值的大小，輸出的轉(zhuǎn)換 比率調(diào)整信號S40，調(diào)整開關(guān)變換控制電路(26)的占空比，進(jìn)而調(diào)整直流電壓Vl的大??；當(dāng)電壓信號S5大于電壓信號S30時，輸出使開關(guān)變換控制電路(26)增加驅(qū)動第一繞 組(21a)占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40，增加第一繞組(21a)中的平均電流，使得直流電 壓Vl下降；當(dāng)電壓信號S5小于電壓信號S30時，輸出使開關(guān)變換控制電路(26)減小驅(qū)動第一繞 組(21a)占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40，減小第一繞組(21a)中的平均電流，使得直流電 壓Vl上升；當(dāng)電壓信號S5等于電壓信號S30時，輸出使開關(guān)變換控制電路(26)保持驅(qū)動第一繞 組(21a)占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40，保持第一繞組(21a)中的平均電流不變，使得電 壓Vl保持不變。
2.如權(quán)利要求1所述的從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法，其特征在于，其中整流濾波及遲滯電路(30)，第三繞組(21c)的感應(yīng)電壓由整流二極管(31)整流后 再由第三電容器(32)濾波，再經(jīng)由運(yùn)算放大器組成的低通濾波器進(jìn)行時間上的遲滯后送 轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)。
3.如權(quán)利要求1所述的從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法，其特征在于，其中轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)還包括第一齊納二極管(48)和第二齊納二極管(49)，第 一齊納二極管(48)和第二齊納二極管(49)串聯(lián)，第一齊納二極管(48)的負(fù)端接第二電容 器(4)的正端，第二齊納二極管(49)的正端接第二電容器(4)的負(fù)端；當(dāng)?shù)谝积R納二極管 (48)反向擊穿導(dǎo)通時，不管電壓信號S5和電壓信號S30大小如何，均輸出使開關(guān)變換控制 電路(26)增加占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40。
4.如權(quán)利要求1所述的從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法，其特征在于，其中轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)中，電壓信號S5與一固定參考電壓比較，如果電壓信號S5大于該參考電壓，則不管電壓信號S5和電壓信號S30大小如何，均輸出使開關(guān)變換控制電 路(26)增加占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40。
5.如權(quán)利要求1所述的從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法，其特征在于，其中整流濾波及遲滯電路(30)和轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)部分為數(shù)字電路；電壓信號S5經(jīng)過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(71)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路 (74)；電壓信號S21c先經(jīng)過整流濾波后送到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(72)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到數(shù) 字遲滯電路(73)，數(shù)字遲滯電路按照設(shè)定的時間常數(shù)進(jìn)行時間遲滯和低通濾波后送數(shù)字轉(zhuǎn) 換比率調(diào)整電路(74)。
6.如權(quán)利要求5所述的從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法，其特征在于，數(shù)字轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(74)做如下操作當(dāng)S71小于S73時，通過輸出端口(75)輸出使開關(guān)變換控制電路(26)減小驅(qū)動第一 繞組(21a)占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40;當(dāng)S71大于S73時，通過輸出端口(75)輸出使 開關(guān)變換控制電路(26)增加驅(qū)動第一繞組(21a)占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40 ；當(dāng)S71 大于某一設(shè)定值時，強(qiáng)制輸出端口(75)輸出使開關(guān)變換控制電路(26)增加驅(qū)動第一繞組 (21a)占空比的轉(zhuǎn)換比率調(diào)整信號S40。
全文摘要
本發(fā)明是一種從高壓電力線路中獲取低壓電源的方法。通過調(diào)整電壓V1來調(diào)整輸出功率，通過開關(guān)變換電路(20)獲得低電壓大電流輸出；第三繞組(21c)感應(yīng)電壓經(jīng)整流濾波及遲滯電路(30)后送轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)；轉(zhuǎn)換比率調(diào)整電路(40)向開關(guān)變換電路(20)發(fā)出占空比調(diào)整信號，需要加大輸出功率時，暫時減小占空比，使第一繞組(21a)的平均電流小于電容器(2)的平均電流，使V1上升；需要減小輸出功率時，暫時增加占空比，使第一繞組(21a)的平均電流大于電容器(2)的平均電流，使V1下降；當(dāng)功率達(dá)到平衡時，調(diào)整占空比，使第一繞組(21a)的平均電流等于電容器(2)的平均電流，V1保持不變。
文檔編號H02M3/335GK102005942SQ20101053236
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者鄧文棟 申請人:煙臺東方威思頓電氣有限公司