一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置论文和设计-王婧

全文摘要

本实用新型提供一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，包括取电磁芯和取电电路；取电磁芯包括带上边沿的半圆形磁芯和带下边沿的U形磁芯，上边沿与下边沿面接触，取电线圈绕在U型磁芯的最低处，取电线圈连接取电引线；取电电路包括双重保护电路，取电线圈取得的电能分别经由双重保护电路、全桥整流电路、滤波电路、初始启动电路和超容充保电路后通过线性电源输入给系统，主备互切电路完成主备电源的投切，储能电源电路产生适用于系统的电源。本实用新型的取电装置的取电磁芯加工制作工艺简单，成本低；取电电路可以保证取出的电能能够按照要求工作和系统正常运行；取电电路通过元器件实现电源按照特定方式工作，元件简单可靠，调试方便。

主设计要求

1.一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，包括取电磁芯和取电电路；所述取电磁芯包括带上边沿的半圆形磁芯和带下边沿的U形磁芯，所述上边沿与所述下边沿面接触，取电线圈绕在U型磁芯的最低处，取电线圈连接取电引线；所述取电电路包括双重保护电路，所述取电线圈取得的电能分别经由双重保护电路、全桥整流电路、滤波电路、初始启动电路和超容充保电路后通过线性电源输入给系统，储能电源电路径主备互切电路完成主备电源的投切后产生适用于系统的电源。

设计方案

1.一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，包括取电磁芯和取电电路；

所述取电磁芯包括带上边沿的半圆形磁芯和带下边沿的U形磁芯，所述上边沿与所述下边沿面接触，取电线圈绕在U型磁芯的最低处，取电线圈连接取电引线；

所述取电电路包括双重保护电路，所述取电线圈取得的电能分别经由双重保护电路、全桥整流电路、滤波电路、初始启动电路和超容充保电路后通过线性电源输入给系统，储能电源电路径主备互切电路完成主备电源的投切后产生适用于系统的电源。

2.如权利要求1所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述双重保护电路包括瞬态过压保护电路和限压保护电路。

3.如权利要求2所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述取电线圈并联瞬态过压保护电路，所述瞬态过压保护电路包括并联的压敏电阻和TVS管。

4.如权利要求3所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述取电线圈并联限压保护电路，所述限压保护电路包括与所述取电线圈并联的可控硅，2个对接的第六稳压二极管和第八稳压二极管与第四电阻串联后并联所述取电线圈。

5.如权利要求4所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述取电线圈并联全桥整流电路，所述全桥整流电路包括第一二极管，所述第一二极管的负极与第五二极管的负极相连，所述第五二极管的正极与第八二极管的负极相连，所述第八二极管的正极与第七二极管的正极相连，所述取电线圈的两端分别接于所述第八二极管的负极与所述第五二极管的正极和所述第七二极管的负极与所述第一二极管的正极，所述第八二极管的正极和所述第七二极管的正极接地线。

6.如权利要求5所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述滤波电路包括连接所述第一二极管负极和所述第五二极管负极的第三电阻，所述第三电阻与并联的第一电容和第四电容串联，所述第一电容和所述第四电容接地线。

7.如权利要求6所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述初始启动电路包括第三电压检测芯片，所述第一电容和所述第四电容的电压流向所述第三电压检测芯片的输入端和第四二极管的正极，所述第三电压检测芯片的输出端通过第五电阻连接第六MOS管的第一管脚，所述第六MOS管的第二管脚连接第三MOS管的第一管脚，所述第六MOS管的第二管脚通过第一电阻连接所述第三MOS管的第三管脚和第四二极管的负极，所述第三MOS管的第二管脚通过第六电容连接地线，所述第三电压检测芯片连接地线。

8.如权利要求7所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述超容充保电路包括第一电压检测芯片，所述第四二极管的正极和所述第三电压检测芯片的输入端连接所述第一电压检测芯片的输入端、第二电阻和第一MOS管的第三管脚，所述第一电压检测芯片的输出端通过第六电阻分别连接第二十三MOS管的第二管脚、第七电MOS管的第二管脚和第四MOS管的第一管脚，所述第四MOS管的第二管脚分别连接所述第二电阻和第一MOS管的第一管脚，所述第一MOS管的第二管脚分别连接并联的第五电容和第七电容、第六电压检测芯片的输入端，所述第六电压检测芯片的输出端连接第七MOS管的第一管脚，所述第一电压检测芯片、第二十三电MOS管的第三管脚、所述第七MOS管的第三管脚、所述第六电压检测芯片、所述第五电容和所述第七电容分别连接地线。

9.如权利要求8所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述储能电源电路包括第二电压检测芯片，第二十三电MOS管的第二管脚与所述第六电容连接所述第二电压检测芯片的输入端和第11二极管的正极，所述第二电MOS管的第二管脚、并联的所述第七电容和所述第五电容连接第九二极管的正极，第十一二极管的正极与第九二极管的正极连接后连接第五电压检测芯片的第六管脚和第五电压检测芯片的第九管脚，所述第九管脚上接有第一电感，所述第二电压检测芯片的输出端通过第二十一二极管接于肖特基阵列的第一脚，所述肖特基阵列的第二脚分别经由第二十五电阻接于所述第五电压检测芯片的第一管脚和第二十七电阻接于地线，所述第五电压检测芯片的第二管脚和第三管脚之间接入串联第八电阻和第九电阻，所述第五电压检测芯片的第三管脚通过第十电阻接于地线，所述第五电压检测芯片的第十管脚、第八管脚和第五管脚均接于地线。

10.如权利要求9所述的适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，其特征在于，所述主备互切电路包括第二二极管，所述超容充保电路输出的电压通过所述第二二极管输入第四电源芯片的输入端，所述第四电源芯片的输出端经由第三二极管和所述储能电源电路及电池经线性电源后并接，所述电池经由第十二二极管连接第九电源芯片的输入端，所述第九电源芯片的输出端与所述储能电源电路并联，所述电池、所述第九电源芯片、所述第四电源芯片连接地线，所述第四电源芯片的输出端和所述第二二极管的正极经由第三电容连接地线，所述储能电源电路与所述第九电源芯片的输出端之间并联连接地线的第二电容。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及线路取电领域，特别是指一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置。

背景技术

目前，故障指示器采集单元要求采用TA取电并辅以超级电容作为主供电源，能量密度不低于锂电池的非充电电池作为后备电源。主供电源和后备电源相互独立，当主供电源不能维持装置全功能工作时，后备电源自动投入。当主供电源恢复时，自动切回主供电源供电。超级电容在充满电时应可独立维持装置全功能工作不小于12h。线路负荷电流不小于10A时，TA取电5s内应能满足装置全功能工作需求。线路负荷电流低于10A且超级电容失去供电能力时，装置应至少能判断短路故障，定期采集负荷电流，并上传至汇集单元。

现有的取点装置包括取电磁芯部分和取电电路部分。现有的取电磁芯一般都使用一定宽度的0.1-0.2mm厚的坡莫合金或硅钢片，卷绕成较厚的圆环体，然后再从中间对称切割开，再把切割面打磨抛光，使切割开的两部分能充分可靠接触。现有的电路一般都是取电线圈取出的电能经过一个瞬态保护电路后经整流滤波后再经升压或降压电路给系统供电，很难全部满足初始线路负荷电流不小于10A时，TA取电5s内能满足装置全功能和按照正常时先使用取电电能，不能取电时，再使用超级电容储电，超级电容不能供给能量时，最后才是使用备电电池的电能这一工作逻辑。

现有的取电磁芯部分结构复杂，加工困难，成本高；现有的取电电路部分的电路工作不理想，不能达到使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，用于解决现有技术中取电磁芯部分结构复杂、加工困难、成本高和现有的取电电路部分的电路工作不理想的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，包括取电磁芯和取电电路；

所述取电电路包括双重保护电路，所述取电线圈取得的电能分别经由双重保护电路、全桥整流电路、滤波电路、初始启动电路和超容充保电路后通过线性电源输入给系统，储能电源电路经主备互切电路完成主备电源的投切后产生适用于系统的电源。

其中，所述双重保护电路包括瞬态过压保护电路和限压保护电路。

其中，所述取电线圈并联瞬态过压保护电路，所述瞬态过压保护电路包括并联的压敏电阻和TVS管。

其中，所述取电线圈并联限压保护电路，所述限压保护电路包括与所述取电线圈并联的可控硅，2个对接的第六稳压二极管和第八稳压二极管与第四电阻串联后并联所述取电线圈。

其中，所述取电线圈并联全桥整流电路，所述全桥整流电路包括第一二极管，所述第一二极管的负极与第五二极管的负极相连，所述第五二极管的正极与第八二极管的负极相连，所述第八二极管的正极与第七二极管的正极相连，所述取电线圈的两端分别接于所述第八二极管的负极与所述第五二极管的正极和所述第七二极管的负极与所述第一二极管的正极，所述第八二极管的正极和所述第七二极管的正极接地线。

其中，所述滤波电路包括连接所述第一二极管负极和所述第五二极管负极的第三电阻，所述第三电阻与并联的第一电容和第四电容串联，所述第一电容和所述第四电容接地线。

其中，所述初始启动电路包括第三电压检测芯片，所述第一电容和所述第四电容的电压流向所述第三电压检测芯片的输入端和第四二极管的正极，所述第三电压检测芯片的输出端通过第五电阻连接第六MOS管的第一管脚，所述第六MOS管的第二管脚连接第三MOS管的第一管脚，所述第六MOS管的第二管脚通过第一电阻连接所述第三MOS管的第三管脚和第四二极管的负极，所述第三MOS管的第二管脚通过第六电容连接地线，所述第三电压检测芯片连接地线。

其中，所述超容充保电路包括第一电压检测芯片，所述第四二极管的正极和所述第三电压检测芯片的输入端连接所述第一电压检测芯片的输入端、第二电阻和第一MOS管的第三管脚，所述第一电压检测芯片的输出端通过第六电阻分别连接第二十三MOS管的第二管脚、第七电MOS管的第二管脚和第四 MOS管的第一管脚，所述第四MOS管的第二管脚分别连接所述第二电阻和第一MOS管的第一管脚，所述第一MOS管的第二管脚分别连接并联的第五电容和第七电容、第六电压检测芯片的输入端，所述第六电压检测芯片的输出端连接第七MOS管的第一管脚，所述第一电压检测芯片、第二十三电MOS 管的第三管脚、所述第七MOS管的第三管脚、所述第六电压检测芯片、所述第五电容和所述第七电容分别连接地线。

其中，所述储能电源电路包括第二电压检测芯片，第二十三电MOS管的第二管脚与所述第六电容连接所述第二电压检测芯片的输入端和第11二极管的正极，所述第二电MOS管的第二管脚、并联的所述第七电容和所述第五电容连接第九二极管的正极，第十一二极管的正极与第九二极管的正极连接后连接第五电压检测芯片的第六管脚和第五电压检测芯片的第九管脚，所述第九管脚上接有第一电感，所述第二电压检测芯片的输出端通过第二十一二极管接于肖特基阵列的第一脚，所述肖特基阵列的第二脚分别经由第二十五电阻接于所述第五电压检测芯片的第一管脚和第二十七电阻接于地线，所述第五电压检测芯片的第二管脚和第三管脚之间接入串联第八电阻和第九电阻，所述第五电压检测芯片的第三管脚通过第十电阻接于地线，所述第五电压检测芯片的第十管脚、第八管脚和第五管脚均接于地线。

其中，所述主备互切电路包括第二二极管，所述超容充保电路输出的电压通过所述第二二极管输入第四电源芯片的输入端，所述第四电源芯片的输出端经由第三二极管和所述储能电源电路及电池经线性电源后并接，所述电池经由第十二二极管连接第九电源芯片的输入端，所述第九电源芯片的输出端与所述储能电源电路并联，所述电池、所述第九电源芯片、所述第四电源芯片连接地线，所述第四电源芯片的输出端和所述第二二极管的正极经由第三电容连接地线，所述储能电源电路与所述第九电源芯片的输出端之间并联连接地线的第二电容。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，本实用新型的取电装置的所述取电磁芯加工制作工艺简单，成本低；所述取电电路可以保证取出的电能能够按照要求工作，保证系统正常运行；所述取电电路通过元器件实现电源按照特定方式工作，使用元件简单可靠，调试方便。

附图说明

图1为适用于新型外施故障指示器的线路取电装置的取电磁芯的结构示意图；

图2为适用于新型外施故障指示器的线路取电装置的取电电路的电路图；

图3为适用于新型外施故障指示器的线路取电装置的取电线圈、瞬态过压保护电路、限压保护电路、全桥整流电路和滤波电路的电路图；

图4为适用于新型外施故障指示器的线路取电装置的滤波电路、初始启动电路、超容充保电路和储能电源电路的电路图；

图5为适用于新型外施故障指示器的线路取电装置的超容充保电路、储能电源电路和主备互切电路的电路图。

附图标记：

1、半圆形磁芯；2、U形磁芯；3、取电线圈；4、取电引线；11、取电线圈；12、瞬态过压保护电路；13、限压保护电路；14、全桥整流电路；15、滤波电路；16、初始启动电路；17、超容充保电路；18、储能电源电路；19、主备互切电路。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现有的取电磁芯部分结构复杂、加工困难、成本高和现有的取电电路部分的电路工作不理想的问题，提供一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置。

如图1-5所示的，本实用新型的实施例提供一种适用于新型外施故障指示器的线路取电装置，包括取电磁芯1和取电电路；

所述取电磁芯1包括带上边沿的半圆形磁芯1和带下边沿的U形磁芯2，所述上边沿与所述下边沿面接触，取电线圈3绕在U形磁芯2的最低处，取电线圈3连接取电引线4；

所述取电电路包括双重保护电路，所述取电线圈3取得的电能分别经由双重保护电路、全桥整流电路14、滤波电路15、初始启动电路16和超容充保电路17后通过线性电源输入给系统，储能电源电路18经主备互切电路19完成主备电源的投切后产生适用于系统的电源。

本实用新型的取电磁芯1采用1J85坡莫合金条经过模具冲压成型的上带边沿的呈半圆形的磁芯1和下带边沿的U形磁芯2的制作及其接触面的打磨处理。所述半圆形磁芯1和所述U型磁芯2的厚为2mm，宽为10mm。所述取电线圈3绕在U型磁芯2的最低处，这样既能减少加工难度，又能节约材料成本，避免切割的工艺，同时下面带边沿的U形磁芯2也为绕指取电线圈3 提供适合的空间，而且上下两部分的边沿增加接触面，从而增加磁通能力，减少因接触面闭合精度的结构的复杂程度，减少坡莫合金使用量。当有交变电流通过取电磁芯1时，大部分磁通都通过绕有感应取电线圈3的取电磁芯1构成上闭合回路，从而在取电线圈3上产生感应电压，能够提供能量。

如2-3所示的，其中，所述双重保护电路包括瞬态过压保护电路12和限压保护电路13。

其中，所述取电线圈3并联瞬态过压保护电路12，所述瞬态过压保护电路12包括并联的压敏电阻VR1和TVS管VD1。所述取电线圈3由线圈L_CT 组成。

其中，所述取电线圈3并联限压保护电路13，所述限压保护电路13包括与所述取电线圈3并联的可控硅Q2，2个对接的第六稳压二极管D6和第八稳压二极管D8与第四电阻R4串联后并联所述取电线圈3。电压瞬时值超过7V 时第六稳压二极管D6和第八稳压二极管D8构成的双向稳压管导通，电压施加于可控硅Q2可控硅Q2的触发端，可控硅Q2导通，起到限压保护的作用。

其中，所述取电线圈3并联全桥整流电路14，所述全桥整流电路14包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的负极与第五二极管D5的负极相连，所述第五二极管D5的正极与第八二极管D8的负极相连，所述第八二极管D8 的正极与第七二极管D7的正极相连，所述取电线圈3的两端分别接于所述第八二极管D8的负极与所述第五二极管D5的正极和所述第七二极管D7的负极与所述第一二极管D1的正极，所述第八二极管D8的正极和所述第七二极管D7的正极接地线。

其中，所述滤波电路15包括连接所述第一二极管D1负极和所述第五二极管D5负极的第三电阻R3，所述第三电阻R3与并联的第一电容C1和第四电容C4串联，所述第一电容C1和所述第四电容C4接地线。

如图2号和图4所示的，其中，所述初始启动电路16包括第三电压检测芯片U3，所述第一电容C1和所述第四电容C4的电压流向所述第三电压检测芯片U3的输入端和第四二极管D4的正极，所述第三电压检测芯片U3的输出端通过第五电阻R5连接第六MOS管的第一管脚，所述第六MOS管的第二管脚连接第三MOS管的第一管脚，所述第六MOS管的第二管脚通过第一电阻R1连接所述第三MOS管的第三管脚和第四二极管D4的负极，所述第三 MOS管的第二管脚通过第六电容C6连接地线，所述第三电压检测芯片U3连接地线。

当滤波电容上电压大于5.0V时，第三电压检测芯片U3输出，经第五电阻R5驱动第六MOS管导通，把接有上拉第一电阻R1的第三MOS管的驱动极的拉低，使第三MOS管导通，电压经由第四二极管D4和第三MOS管开始给第六电容C6充电，由于电容充电会把第三电压检测芯片U3的第二脚电压又拉低，第三电压检测芯片U3输出截止，充电关闭，当电压再上升到5.0V时就有开始充电，充电下降5.0V以下时关闭充电，周而复始实现了脉动充电，直到充电完成。

如图2、图4和图5所示的，其中，所述超容充保电路17包括第一电压检测芯片U1，所述第四二极管D4的正极和所述第三电压检测芯片U3的输入端连接所述第一电压检测芯片U1的输入端、第二电阻R2和第一MOS管Q1 的第三管脚，所述第一电压检测芯片U1的输出端通过第六电阻R6分别连接第二十三MOS管的第二管脚、第七电MOS管的第二管脚和第四MOS管Q4 的第一管脚，所述第四MOS管Q4的第二管脚分别连接所述第二电阻R2和第一MOS管Q1的第一管脚，所述第一MOS管Q1的第二管脚分别连接并联的第五电容C5和第七电容C7、第六电压检测芯片U6的输入端，所述第六电压检测芯片U6的输出端连接第七MOS管Q7的第一管脚，所述第一电压检测芯片U1、所述第二十三电MOS管Q23的第三管脚、所述第七MOS管Q7 的第三管脚、所述第六电压检测芯片U6、所述第五电容C5和所述第七电容 C7分别连接地线。

当电容电压大于5.6V时，第一电压检测芯片U1输出电压，电压经第六电阻R6施加于第四MOS管Q4的驱动极上，第四MOS管Q4导通接地，把接有上拉第二电阻R2的第一MOS管Q1的驱动极拉低，第一MOS管Q1导通，开始给超级第五电容C5和第七电容C7充电，由于超级电容充电有引起电压下降，使其小于5.6V，第一电压检测芯片U1输出关闭，充电开关第一 MOS管Q1管断，实现脉冲充电。另外当超级电容充电电压大于2.7V时，第六电压检测芯片U6开始输出，第七MOS管Q7导通，把第四MOS管Q4的驱动极拉低，第四MOS管Q4关闭，上拉第二电阻R2把第一MOS管Q1驱动极拉高，第一MOS管Q1关断，实现充电电压的保护。同时C_ON\/OFF信号经第十六电阻施加于可控硅Q2的驱动极，当C_ON\/OFF为高时，第三MOS 管导通，把第四MOS管Q4的驱动极拉低，从而关断超容充电。

其中，所述储能电源电路18包括第二电压检测芯片U2，第二十三电MOS 管Q23的第二管脚与所述第六电容C6连接所述第二电压检测芯片U2的输入端和第十一二极管D11的正极，所述第二电MOS管的第二管脚、并联的所述第七电容C7和所述第五电容C5连接第九二极管D9的正极，所述第十一二极管D11的正极与第九二极管D9的正极连接后连接第五电压检测芯片U5的第六管脚和第五电压检测芯片U5的第九管脚，所述第九管脚上接有第一电感L1，所述第二电压检测芯片U2的输出端通过第二十一二极管D21接于肖特基阵列D13的第一脚，所述肖特基阵列D13的第二脚分别经由第二十五电阻 R25接于所述第五电压检测芯片U5的第一管脚和第二十七电阻R27接于地线，所述第五电压检测芯片U5的第二管脚和第三管脚之间接入串联第八电阻R8和第九电阻R9，所述第五电压检测芯片U5的第三管脚通过第十电阻R10 接于地线，所述第五电压检测芯片U5的第十管脚、第八管脚和第五管脚均接于地线。

当超级电容和备用电池BT1没电，系统初始上电时，系统取得的电先给第六电容C6充电，第六电容C6电压达到3.6V时，第二电压检测芯片U2输出电压，电压经第二十一二极管D21和D13施加于第五电源芯片的是能管教，第六电容C6电压经第五电压检测芯片U5输入端输入极，芯片开始工作，当超级电容需要放电时，超级电容电压经过第九极管输入第五电压检测芯片U5，使超级电容放电。

如图2和图5所示的，其中，所述主备互切电路19包括第二二极管D2，所述超容充保电路17输出的电压通过所述第二二极管D2输入第四电源芯片 U4的输入端，所述第四电源芯片U4的输出端经由第三二极管D3和所述储能电源电路18及电池BT1经线性电源后并接，所述电池BT1经由第十二二极管D12连接第九电源芯片U9的输入端，所述第九电源芯片U9的输出端与所述储能电源电路18并联，所述电池BT1、所述第九电源芯片U9、所述第四电源芯片U4连接地线，所述第四电源芯片U4的输出端和所述第二二极管D2 的正极经由第三电容C3连接地线，所述储能电源电路18与所述第九电源芯片U9的输出端之间并联连接地线的第二电容C2。设计完成整个CT取电电源电源系统。其中采用不同的电压等级自动完成互切。主电采用3.6V经二极管降压与储能电源3.4V及电池BT1电源3.3V并接一起。通过电压等级的由高到低实现次序工作。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。固定连接可以为焊接、螺纹连接和加紧等常见技术方案。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

设计图

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