[發明專利]一種多級電容的電場感應取能電源電路結構及控制方法

在審

• 申請號: 202211657293.1
• 申請日: 2022-12-22
• 公開（公告）號: CN115765213A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 王維;任翰林;許晨進;蘇文博;段名榮
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05;H02M3/335;H02M7/06;H02M1/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

本發明公開了一種多級電容的電場感應取能電源電路結構，電路結構包括：前級采用多個小電容串聯同時進行取能、共用同一個變壓器進行放電、共用同一個儲能電容進行儲能，儲能電容通過DC?DC電路向負載供電。該多級電容電場感應取能電路利用電場取能極板經電場感應所產生的交流位移電流進行整流之后對多級取能電容進行充電，第一級電路采用遲滯比較控制電路進行充放電控制，其他級電路采用電壓比較控制電路進行控制，多級取能電容電壓達到設定的閾值之后，按照從上至下的順序依次進行放電，各級取能電容放電通道依次開通各自獨立互不影響。多級電容進行充電可提高取能電路的取能效率，共用同一個變壓器進行放電可減小取能電路的體積、重量、制造成本。

技術領域

本發明屬于高壓輸變電設備的在線監測技術領域，特別涉及一種多級電容的電場感應取能電源電路結構及控制方法。

背景技術

隨著能電網和碳達峰進程的推進，高壓電力設備的在線監測技術作為可以保障電力系統安全穩定運行的重要一環。自供能在線檢測設備避開了傳統電源的缺陷，進一步的提高了在線檢測設備的實用性以及便利性。目前所采取的環境取能技術有太陽能、風能、磁場能與電場能，由于太陽能和風能以及磁場能容易受到環境影響且難以預測，供電電能難以得到保障，通過電場感應原理從高壓恒定電場獲取能量可保障自功能在線檢測設備內部電源供電的可靠性，是適用于周期性在線檢測設備供電電源的不錯選擇，可如今電場感應取能技術大多效率不高、體積較大。

發明內容

技術問題：本發明針對以上問題提出了一種多級電容的電場感應取能電源電路結構及控制方式，多級取能電容各級電容放電通道獨立共用同一個變壓器進行放電，采用一種遲滯比較與比較控制結合的控制方式使得多級電容從上至下依次導通放電通道進行放電，在進一步提高電場取能效率的同時防止取能裝置體積進一步變大，適用于高壓輸變電設備監測場景，且電壓等級越高，取能電容級數越多，取能效率越高，可作為在線監測裝置的供電電源來源。

技術方案：為了解決上述問題，本發明提出一種多級電容的電場感應取能電源電路，該電路包括第一級取能電路，并且第一級取能電路包括壓敏電阻Z₁、取能電容C_h1、采樣電阻R_1-1和R_1-2、遲滯比較控制電路、二極管D₁、續流二極管VD₁、開關管MOS₁、變壓器T₁、二極管VD₂、儲能電容C_s以及DC-DC電路；其中，采樣電阻R_1-1和R_1-2串聯后與壓敏電阻Z₁、取能電容C_h1并聯，直流電流I_dc由壓敏電阻Z₁和取能電容C_h1的第一端流入；遲滯比較控制電路與取能電容C_h1并聯，遲滯比較器輸入端與采樣電阻R_1-1的第二端和采樣電阻R_1-2的第第一端相連接，輸出端與開關管MOS₁的G級連接；開關管MOS₁的G級與遲滯比較控制電路的輸出端相連接，用于接受遲滯比較電路的控制信號，D級與變壓器T₁原邊的out端相連接，S級與取能電容C_h1的第二端連接；二極管D₁的陽極與取能電容的C_h1的第一端連接，陰級與變壓器T₁原邊的in端相連接；續流二極管VD₁的陰級與變壓器原邊的in端相連接，陽極與變壓器T₁原邊的out端相連接；變壓器副邊的in端與儲能電容Cs的第一端相連接，副邊out端與二極管VD₂的陽極相連接，變壓器T₁用于將取能電容上電壓轉移至儲能電容C_s上；二極管VD₂陰極與儲能電容C_s的第一端相連接；儲能電容Cs的第一端與DC-DC電路的第一端相連接，儲能電容C_s的第二端與DC-DC電路的第二端相連接。