一種取電裝置及具有該取電裝置的傳感器的製作方法

2024-04-02 11:32:05

本發明屬於電力領域，尤其涉及一種取電裝置及具有該取電裝置的傳感器。

背景技術：

高壓電力輸變電系統中，為了保證系統的安全運行，需要對關健部位進行實時監測，傳感器作為監測系統的終端裝置，通常靠近或直接接觸高電壓物體，例如開關觸頭、母排、電纜接頭等等，以便獲得溫度、電流等重要數據，傳感器工作電能，最常見的來源有電池供電、溫差發電、ct取電(電流互感)rf輸電等等，但都存在種種的限制和不足。在高壓電場中收集獲取電能作為一種更可靠簡單的取電途徑，一直為業界關注重視。

現有的技術方案中，取能效率都較為低下，要想能獲得實用的能量值，通常以提高適用高電壓等級和增加金屬極板面積為主要手段，由於被測量帶電導體的電壓等級和空間、安全距離的限制，實際難以有效推廣應用。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種取電裝置，旨在解決現有的取電裝置取電效率低下的問題。

本發明提供了一種取電裝置，包括：高壓微電流整流電路、高壓儲能電路、開關元件、變壓器以及整流濾波電路；

高壓微電流整流電路的輸入端與高壓交流電連接，輸出端與高壓 儲能電路連接，用於把交流電轉化成直流電，再給高壓儲能電路充電；

高壓儲能電路通過開關元件與變壓器初級繞組連接，變壓器次級繞組與整流濾波電路連接；當開關元件閉合時，高壓儲能電路的直流電通過變壓器給整流濾波電路充電；

整流濾波電路與負載連接，用於給負載供電。

進一步地，高壓微電流整流電路包括整流橋d1，整流橋d1包括第一輸入端、第二輸入端、正電壓輸出端、負電壓輸出端；

整流橋d1的第一輸入端與高壓交流電連接，整流橋d1的第二輸入端與金屬極板連接。

進一步地，高壓儲能電路包括電容c1,電容c1的一端與整流橋d1的正電壓輸出端連接，另一端與整流橋d1的負電壓輸出端連接,開關元件的一端與電容c1的一端連接，開關元件的另一端與變壓器初級繞組的一端連接，變壓器初級繞組的另一端與電容c1的另一端連接。

進一步地，整流濾波電路包括整流管d2和電容c2,整流管d2的正極與變壓器次級繞組的一端連接，整流管d2的負極與電容c2的一端連接，電容c2的另一端與變壓器次級繞組的另一端連接。

進一步地，金屬極板為pcb板上的銅泊。

進一步地，電容c1採用高壓儲能電容，所述電容c2採用低壓儲能電容。

進一步地，開關元件為矽雙向開關元件。

進一步地，變壓器為降壓變壓器。

進一步地，變壓器採用非晶、超微晶磁性材料繞制的高頻脈衝變壓器。

本發明還提供了一種無線傳感器，無線傳感器包括上述的取電裝置。

本發明取電裝置有益效果:取電裝置利用矽雙向開關元件本身特性，以電容c1快速升高的電壓作為雙向開關元件開啟條件，使脈衝變壓器t初級繞組形成脈動直流，本發明取電裝置元件少體積小，不受電壓等級和空間、安全距離的限制，實現微小體積下高效地獲取電場能量功能。

附圖說明

圖1是本發明一實施例提供的取電裝置結構示意圖。

圖2是本發明另一實施例提供的取電裝置的電路圖。

圖3是本發明另一實施例提供的取電裝置的矽雙向開關元件v-i特性曲線圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明一實施例提供的取電裝置結構示意圖。參考圖1，本發明一實施例提供了一種取電裝置，包括：高壓微電流整流電路100、高壓儲能電路200、開關元件300、變壓器400以及整流濾波電路500；

高壓微電流整流電路100的輸入端與高壓交流電連接，輸出端與 高壓儲能電路200連接，用於把交流電轉化成直流電，再給高壓儲能電路200充電；

高壓儲能電路200通過開關元件300與變壓器400初級繞組連接，變壓器400次級繞組與整流濾波電路500連接；當開關元件300閉合時，高壓儲能電路200的直流電通過變壓器400給整流濾波電路500充電；

整流濾波電路500與負載連接，用於給負載供電。

優選地，變壓器400為降壓變壓器。

利用開關元件300的通斷，配合變壓器400降壓的特性，將高壓端的微小電流變換成低壓端的較大電流向整流濾波電路500充電，實現高效的能量積累，元件少體積小，適用電壓等級更寬。

圖2是本發明另一實施例提供的取電裝置的電路圖，參考圖2，高壓微電流整流電路100包括整流橋d1，整流橋d1包括第一輸入端1、第二輸入端2、正電壓輸出端3、負電壓輸出端4；

整流橋d1的第一輸入端1與高壓交流電連接，整流橋d1的第二輸入端2與金屬極板連接。

優選地，金屬極板為pcb板上的銅泊。

由於pcb板上的銅泊與大地間存在寄生電容，高壓交流電與大地之間實際上構成了迴路，整流橋有微弱的電流。

高壓儲能電路200包括電容c1,電容c1的一端與整流橋d1的正電壓輸出端3連接，另一端與整流橋d1的負電壓輸出端4連接,開關元件k的一端與電容c1的一端連接，開關元件k的另一端與變壓 器t初級繞組的一端連接，變壓器t初級繞組的另一端與電容c1的另一端連接。

優選地，開關元件k為矽雙向開關元件。

優選地，電容c1採用高壓儲能電容。

整流濾波電路500包括整流管d2和電容c2,整流管d2的正極與變壓器t次級繞組的一端連接，整流管d2的負極與電容c2的一端連接，電容c2的另一端與變壓器t次級繞組的另一端連接。

優選地，電容c2採用低壓儲能電容。

優選地，變壓器為降壓變壓器。

本發明另一實施例提供的取電裝置的電路工作原理：經整流橋d1整流後的微弱直流電對電容c1充電，高壓儲能電容c1上的電壓不斷上升，當電壓達到矽雙向開關元件k的導通閥值vbo時，矽雙向開關元件k迅速導通，電流在變壓器t初級繞組迅速釋放，變壓器t次級繞組感應出的電流通過整流管d5整流向低壓儲能電容c2充電，而矽雙向開關元件k二端僅殘留的電壓vt也一直減少，對應著電流it也一直減少，當it減少到矽雙向開關k的維持電流ih時，矽雙向開關元件k自動斷開，高壓儲能電容c1又開始積累電荷，積累到電壓達到矽雙向開關元件k的導通閥值vbo時，矽雙向開關元件k迅速導通，再一次給低壓儲能電容c2充電。

圖3是本發明另一實施例提供的取電裝置的矽雙向開關元件v-i特性曲線圖，參考圖3，矽雙向開關元件在斷開狀態時，電流隨電壓的變化參考直線(開關斷開狀態)，隨著電壓的上升，電流也上升， 上升到電壓為矽雙向開關元件導通閥值vbo時，矽雙向開關元件迅速導通，電流隨電壓的變化參考另一直線(開關開啟狀態)，高壓儲能電容c1的電壓隨電荷的釋放迅速下降，當放電電流低於開關元件k的維持電流ih時，開關元件k自動關斷，高壓儲能電容c1又開始增加電荷，電壓上升，如此循環，高壓儲能電容c1不斷充電放電，使低壓儲能電容c2上的電壓快速積累提升。

優選地，變壓器採用非晶、超微晶磁性材料繞制的高頻脈衝變壓器。非晶、超微晶磁性材料能得到較小的渦流損耗和極好的磁特性，即使是在高頻範圍內也有效地實現快速響應。

本發明還提供了一種無線傳感器，無線傳感器包括上述的取電裝置。上述的取電裝置與其他電路組成具有完整功能的無線傳感器，取電裝置為無線傳感器工作提供電能，現場使用無線傳感器時，只需將無線傳感器與被測高壓帶電導體接觸，無需其它有線連接。

本發明實施例提供的一個或多個技術方案，至少有以下技術效果：

1)高壓儲能電容c1不斷充電放電，使低壓儲能電容c2上的電壓快速積累提升，實現高效的能量積累，元件少體積小，適用電壓等級更寬。

2)矽雙向開關元件k利用矽開關元件的通斷特性，配合非晶、超微晶磁性材料繞制的高頻脈衝變壓器t，將高壓端的微小電流變換成低壓端的較大電流向儲能電容充電，實現高效的能量積累。

3)取電裝置與其他電路組成具有完整功能的無線傳感器，取電 裝置為無線傳感器工作提供電能，現場使用無線傳感器時，只需將無線傳感器與被測高壓帶電導體接觸，無需其它有線連接。

對本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬於本發明權利要求的保護範圍之內。