[发明专利]一种级联梯形拓扑结构的电场感应取能电源电路

说明书

本发明公开了一种级联梯形拓扑结构的电场感应取能电源电路，属于高压输电线路在线监测设备技术领域；所述电路包括：模块化结构的取能电路、放电回路中的电感和储能电容能够被多级电路共用，第1级电路开关采用高频控制方式；感应取能电路利用电场能量收集器和地平面(或者高压输电线)之间产生的位移电流给取能电容充电；放电回路中电感和储能电容被多级电路共用时减小了取能电路的体积、重量和成本；第1级电路开关工作在高频状态，进一步减小了电感参数。

技术领域

本发明属于输电线路在线监测设备技术领域，特别涉及一种级联梯形拓扑结构的电场感应取能电源电路。

背景技术

现有高压输电线路在线监测设备的供电技术主要包括：电池、太阳能、风能、压电能量转换技术、磁场和电场能量收集技术；其中，电池受限于容量及使用寿命会给维护带来极大的不便；太阳能和风能取决于天气情况，不能保证持续稳定的电源供给，一般和其他取能方式混合使用；压电能量转换技术产生的功率很低，只能作为一些超低功耗的MEMS传感器的电源；磁场能量收集主要利用高压输电线路中流过的电流产生的交变磁场，通过电流互感器原理收集能量，这种方法尽管能在较小的尺寸下做到较大的取能功率，但作为其能量来源的交变磁场由线路电流决定，电流的不稳定性也不可避免的影响着取能功率的稳定性。高压输电线路的电压不像线路电流会随负载发生变化，即线路周围产生的交变电场始终保持恒定，因此电场感应取能方式具有较高的稳定性。对高压输电线路的温度、覆冰、绝缘子泄露电流及杆塔倾斜等的监测可采用固定时间间隔的间歇式方法，因此可以采用基于电场感应取能方式的间歇式供电方法。直接利用在交变电场作用下寄生电容中流过的位移电流给大容量储能电容充电时耗费的充电时间很长，同时效率较低，即充电的功率很低。因此需要通过优化取能电路的结构，到达提高充电功率和效率，以满足高压输电线路监测设备正常工作对供电电源的需求。

恒流取能原理中，取能电容的充电功率P可以表示为P＝I_dcU_max/2，其中I_dc是位移电流经H桥整流后的直流电流，U_max为取能电容的最高电压，直流电流I_dc取决于电场能量收集器的设置，是一个常量，因此提高电容电压是提高取能功率的途径。受限于电路中半导体开关的耐压水平，取能电容的电压不可能无限提高，因此同样会使取能功率受到限制。

利用小容量薄膜电容可以在短时间内将电容电压充到很高的值，再经过多级取能电路级联的方式，进一步提高取能电压，即提高电路的取能功率。第1级取能电路通过一个电感L₁限制由于取能电容上很高的电压所形成的电流峰值，同时第1级电路采用高频控制方式减小电感参数，以此将能量转移到低压大容量储能电容C_e。目前，申请号为201510012804.8的中国发明专利申请，公开了“一种级联式电场感应供电电路”，其存在配置多绕组变压器带来的体积、重量和绝缘问题导致的级联级数限制的问题。

综上，亟需一种新的级联梯形拓扑结构的电场感应取能电源电路解决电场感应取能方法取能功率和效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级联梯形拓扑结构的电场感应取能电源电路，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够在提高取能功率的同时减小取能电路的体积、重量和成本，更加适用于监测设备所处的使用环境。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种级联梯形拓扑结构的电场感应取能电源电路，包括：n级级联的取能电路；