一種用于線路故障檢測(cè)的自供電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于線路故障檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種用于線路故障檢測(cè)的自供電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用于輸電線路故障檢測(cè)的直流電源，通常有以下幾種方式:①直接使用鋰電池組或者蓄電池作為線路故障檢測(cè)裝置的電源；②使用太陽能電池板和蓄電池組合供電；③采用電流互感器從一次電纜線路上取電，并輔以蓄電池或者鋰電池儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)供電不間斷。但是這些傳統(tǒng)的方式在要求長(zhǎng)壽命、高可靠等應(yīng)用場(chǎng)合均存在問題。方式①中純粹采用鋰電池或者蓄電池供電，如此可以減小線路故障檢測(cè)裝置的尺寸，快捷方便投入使用，但是鋰電池和蓄電池存在使用壽命短，且鋰電池和蓄電池性能受環(huán)境溫度影響較大。方式②采用太陽能電池板和蓄電池，其可以滿足長(zhǎng)時(shí)間的工作在不需要外置電源的情況下，環(huán)保節(jié)能，但是太陽能電池板和蓄電池使得線路故障檢測(cè)裝置的尺寸大大增加，且太陽能電池板轉(zhuǎn)換效率受天氣、氣候、環(huán)境等因素影響較大，而蓄電池本身存在使用壽命短，充放電性能受溫度影響。方式③利用電流互感器從一次電纜線路上取電，并輔以蓄電池或者鋰電池儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)供電不間斷，這種方式與方式①②相比，兼顧故障檢測(cè)裝置的尺寸與使用壽命，是前面二者無法比擬的，也是目前最常見的使用方式。
[0003]但是正常工作時(shí)電流互感器一次側(cè)的高壓母線的電流很小，即使出現(xiàn)線路故障產(chǎn)生瞬時(shí)大電流情況下，由于蓄電池和鋰電池的充放電電流不能太大等問題，蓄電池或者鋰電池?zé)o法獲得足夠的能量，將會(huì)長(zhǎng)期處于放電的狀態(tài)下，存在使用壽命短、功率密度低、放電性能受溫度影響這些缺陷。
[0004]因此對(duì)于要求長(zhǎng)壽命、高可靠的應(yīng)用場(chǎng)合，使用傳統(tǒng)的方式①②③等供電就存在一些局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種用于線路故障檢測(cè)的自供電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，以解決已有的線路故障檢測(cè)自供電電源中存在的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種用于線路故障檢測(cè)的自供電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，包括整流電路、與整流電路相接的用于提供電源輸出以及過壓保護(hù)的預(yù)充電及旁路開關(guān)電路、與預(yù)充電及旁路開關(guān)電路雙向相接的用于儲(chǔ)能充放電的雙向可控開關(guān)電路、與雙向可控開關(guān)電路相接的用于控制雙向開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷的充放電控制電路、與雙向可控開關(guān)電路相接用于充電儲(chǔ)能的超級(jí)電容、與預(yù)充電及旁路開關(guān)電路相接的用于過壓控制及其控制驅(qū)動(dòng)的過壓控制及控制驅(qū)動(dòng)電路、與過壓控制及其控制驅(qū)動(dòng)電路和充放電控制電路相接的用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的雙基準(zhǔn)電路。
[0008]優(yōu)選的，所述整流電路的輸入端連接電流互感器。
[0009]優(yōu)選的，整流電路由整流橋構(gòu)成，預(yù)充電及其旁路開關(guān)電路連接在整流電路之后；預(yù)充電及其旁路開關(guān)電路包括二極管D1、旁路增強(qiáng)型PMOS開關(guān)管Q2、分壓采樣電阻R3、分壓采樣電阻R4、電解電容Cl ;整流橋的V+和V-兩端并接旁路增強(qiáng)型PMOS開關(guān)管Q2 ;整流橋的V+端連接二極管Dl的陽極，二極管Dl的陰極連接電解電容Cl的正端，電解電容Cl并接在二極管Dl的陰極和地之間；二極管Dl之后并聯(lián)了一組分壓采樣電阻R3、R4 ;預(yù)充電及其旁路開關(guān)電路提供取自電解電容Cl的兩端的電壓VCC給雙向可控開關(guān)電路、過壓控制及其驅(qū)動(dòng)電路、充放電控制電路和基準(zhǔn)電路，同時(shí)也向故障檢測(cè)裝置提供輸出電壓V0。
[0010]優(yōu)選的，雙向可控開關(guān)電路包括增強(qiáng)型PMOS開關(guān)管Q1、驅(qū)動(dòng)電阻Rl和三極管VTl ;開關(guān)管Ql的源極S和電解電容Cl的正端連接，漏極D連接超級(jí)電容的正端，柵極G連接三極管VTl的集電極，驅(qū)動(dòng)電阻Rl連接在開關(guān)管Ql的柵源極之間，三極管VTl的射極連接地；超級(jí)電容的負(fù)端接地。
[0011]優(yōu)選的，過壓控制及其驅(qū)動(dòng)控制電路包含過壓檢測(cè)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路；過壓檢測(cè)控制電路是由并接在電解電容Cl兩端的電阻R2、R5分壓采樣電路構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)電路包括集成運(yùn)算放大器Ul、電阻R7和電阻R9 ;由集成運(yùn)算放大器Ul通過電阻R7將輸出端反饋到反相輸入端構(gòu)成負(fù)反饋，電阻R2和R5并接在超級(jí)電容兩端，分壓采集超級(jí)電容兩端的電壓V2給Ul的同相端，與基準(zhǔn)電壓Vref比較形成了對(duì)PMOS開關(guān)管Q2的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
[0012]優(yōu)選的，充放電控制電路包括集成運(yùn)放U2、電阻R6、電阻R8、電阻R10、電阻R11、電阻Rl3、二極管D3、二極管D4、電容C3和集成運(yùn)放U4 ;集成運(yùn)放U2和集成運(yùn)放U4分別由電阻R8和電容C2、電阻Rll和電容C3從各自的輸出端反饋到集成運(yùn)放U2、U4的反相輸入端構(gòu)成負(fù)反饋，集成運(yùn)放U2的同相端輸入是由分壓電阻R3和電阻R4分壓所得的電壓Vl ;集成運(yùn)放U2的反向端是由基準(zhǔn)參考電壓Vref進(jìn)過比例電阻RlO輸入的，集成運(yùn)放U4的同相端輸入同樣是VI，而反向端輸入是由并接在超級(jí)電容兩端的電阻R2和R5分壓所得的V2 ;二極管D4的陰極和集成運(yùn)放U2的輸出端相連，二極管D4陽極通過電阻R6和集成運(yùn)放U4的輸出端相連，二極管D3的陽極和二極管D4的陽極相連，二極管D3的陰極連接到主回路中的三極管VTl的基極，提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0013]優(yōu)選的，基準(zhǔn)電路包括基準(zhǔn)U3、限流電阻R12和電容C4 ;基準(zhǔn)U3的陰極經(jīng)過限流電阻R12連接預(yù)充電電路及旁路開關(guān)電路中的電解電容Cl的正端，陽極接地，基準(zhǔn)端和陰極相接輸出整個(gè)電源的基準(zhǔn)Vref,基準(zhǔn)端經(jīng)過一個(gè)電容C4到地進(jìn)行濾波。
[0014]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明在線路發(fā)生故障后，線路將產(chǎn)生瞬時(shí)大電流，電流互感器取自線路的電能通過整流電路給預(yù)充電電路充電，然后給超級(jí)電容充電。超級(jí)電容在短暫的時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存了足夠的能量，當(dāng)線路故障引起跳閘斷電后，超級(jí)電容可反向經(jīng)過預(yù)充電電路放電，提供足夠的電能來維持對(duì)外檢測(cè)電路的正常工作。通常出現(xiàn)線路故障期間(僅幾十mS)，超級(jí)電容已經(jīng)儲(chǔ)存了足夠的可向故障檢測(cè)電路提供所需的電能。如此，在不需要外加電源供電的情況下，采用簡(jiǎn)單穩(wěn)定的模擬電路實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)充電路和超級(jí)電容充放電控制，可克服已有的線路故障檢測(cè)自供電電源當(dāng)中存在的問題，在提高線路故障檢測(cè)自供電電源的應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。正常情況下，線路電流較小，該線路故障檢測(cè)的自供電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源及線路故障檢測(cè)裝置可處于休眠狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明一種用于線路故障檢測(cè)的自供電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源具有存儲(chǔ)能量大、充電電流大、速度快、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、功率密度高、超低溫特性好和綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，在方式③的基礎(chǔ)上提出利用線路故障產(chǎn)生的瞬時(shí)大電流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容快速充電儲(chǔ)能。相比于蓄電池和鋰電池，超級(jí)電容具有更低的串聯(lián)等效電阻、更長(zhǎng)的使用壽命、更寬的溫度工作范圍、更寬的電壓變化范圍、免維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。
[0016]本發(fā)明在輸出當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，流過線路的電流迅速增大，由電流互感器取電經(jīng)過整流電路使得預(yù)充電電路的電壓很快的上升到預(yù)設(shè)值，可以對(duì)外提供VCC，隨后雙向可控開關(guān)電路打開超級(jí)電容開始充電儲(chǔ)能。在線路故障引起開關(guān)跳閘后，超級(jí)電容開始放電，對(duì)預(yù)充電電路及其他檢測(cè)設(shè)備提供所需的電能。在不需要提供外加電源的情況下，可以穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行于線路故障檢測(cè)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路故障檢測(cè)自供電的要求。
【附圖說明】
[0017]圖1是故障檢測(cè)的自供電電源原理框圖；
[0018]圖2是故障檢測(cè)自供電電源電路的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明一種用于線路故障檢測(cè)的自供電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，故障檢測(cè)的自供電電源電路是連接在電流互感器和超級(jí)電容之間，包括整流電路1、與整流電路I相接的用于提供電源輸出以及過壓保護(hù)的是預(yù)充電及旁路開關(guān)電路2、與預(yù)充電及旁路開關(guān)電路2雙向相接的用于儲(chǔ)能充放電的雙向可控開關(guān)電路3、與雙向可控開關(guān)電路3相接的用于控制雙向開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷的充放電控制電路5、與雙向可控開關(guān)電路3相接用于充電儲(chǔ)能的是超級(jí)電容7、與預(yù)充電及旁路開關(guān)電路2相接的用于過壓控制及其控制驅(qū)動(dòng)的過壓控制及控制驅(qū)動(dòng)電路4、與過壓控制及其控制驅(qū)動(dòng)電路4和充放電控制電路5相接的用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的雙基準(zhǔn)電路6。預(yù)充電路及旁路開關(guān)電路2對(duì)雙向可控開關(guān)電路3、過壓控制及驅(qū)動(dòng)電路4、充放電控制電路5、基準(zhǔn)電路6提供VCC的同時(shí)，也對(duì)外故障檢測(cè)裝置提供輸出電壓。
[0021]當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，流過線路的電流迅速增大，通過互感器取自線路的電能，經(jīng)過整流電路I成為直流給預(yù)充電及旁路開關(guān)電路2充電，預(yù)充電電路的電壓升高，當(dāng)升高到預(yù)設(shè)值時(shí)，充放電控制電路5動(dòng)作使得雙向可控開關(guān)電路3導(dǎo)通給超級(jí)電容7充電儲(chǔ)能。當(dāng)線路短路故障引起跳閘斷電時(shí)引起預(yù)充電及其旁路開關(guān)電路2電壓下降，超級(jí)電容7作為后備電源通過雙向可控開關(guān)電路3給預(yù)充電電路2放電，向基準(zhǔn)電路6及其他故障檢測(cè)電路供能。過壓控制及其控制驅(qū)動(dòng)電路4用于驅(qū)動(dòng)預(yù)充電旁路開關(guān)路2，防止因超級(jí)電容7充電電壓過高而損壞。
[0022]如圖2給出本發(fā)明故障檢測(cè)自供電電源電路的電路圖；整個(gè)電路分為7個(gè)部分:整流電路1、預(yù)充電及旁路開關(guān)電路2、雙向可控開關(guān)電路3、過壓控制及其控制驅(qū)動(dòng)電路4、充放電控制電路5、基準(zhǔn)電路6、超級(jí)電容7。具體連接是:電流互感器取自線路的電能經(jīng)過整流橋BRIGER1之后，并接了一個(gè)旁路增強(qiáng)型NMOS開關(guān)管Q2 (例如IRF640)，串接了一個(gè)二極管D1，在二極管Dl之后并聯(lián)了一組分壓采樣電阻R3、R4和另外的一個(gè)電解電容Cl，此部分組成了預(yù)充電及旁路開關(guān)電路2。預(yù)充電及旁路開關(guān)電路2對(duì)外供電VCC，提供給集成運(yùn)放Ul、U2、U4以及基準(zhǔn)U3(TL4