一種無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其包括：感應(yīng)取電裝置，其包括取電線圈和第一級(jí)DC/DC模塊，取電線圈從輸電線路感應(yīng)取電；第一級(jí)DC/DC模塊將感應(yīng)取得的電能輸出；可充放電裝置；電源管理模塊，其與第一級(jí)DC/DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接；第二級(jí)DC/DC模塊，其與電源管理模塊連接，第二級(jí)DC/DC模塊的輸出端用于連接負(fù)載；其中，電源管理模塊根據(jù)第一級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制可充放電裝置、第一級(jí)DC/DC模塊、第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載之間的連通或斷開(kāi)狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負(fù)載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對(duì)可充放電裝置的充電。
【專利說(shuō)明】—種無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電源管理系統(tǒng)，尤其涉及一種感應(yīng)取電的電源管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，在高壓一次設(shè)備(如架空輸電線、電纜、環(huán)網(wǎng)柜等)上加裝智能電子設(shè)備的需求增強(qiáng)，由于此類智能電子設(shè)備通常通過(guò)感應(yīng)取電從高壓一次設(shè)備上直接獲取所需電源供電，因此感應(yīng)取電電源的應(yīng)用日趨廣泛。取電電源輸出額定負(fù)載功率所需要的最小線路電流稱為該取電電源的啟動(dòng)電流。若設(shè)備僅由普通取電電源供電，則當(dāng)線路電流低于啟動(dòng)電流時(shí)，設(shè)備將因失去電源而出現(xiàn)工作死區(qū)。
[0003]針對(duì)上述工作死區(qū)的問(wèn)題，最為常見(jiàn)的解決方案是在感應(yīng)取電供電死區(qū)時(shí)將備用電池投入供電。目前應(yīng)用該方案存在的問(wèn)題:感應(yīng)取電供電與電池供電切換時(shí)需將設(shè)備短暫停電，且電池的能量損耗無(wú)法得到補(bǔ)充。因此目前該方案難以有效解決工作死區(qū)的問(wèn)題，極大地限制了感應(yīng)取電電源的廣泛應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其用于管理感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置，從而為負(fù)載混合不間斷供電，其中感應(yīng)取電裝置可為可充放電裝置充電，從而解決目前感應(yīng)取電電源中存在的供電間斷及電池能量損耗補(bǔ)充問(wèn)題。
[0005]基于上述目的，本實(shí)用新型提供了一種無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其包括:
[0006]感應(yīng)取電裝置，其包括取電線圈和第一級(jí)DC/DC模塊，所述取電線圈用于套設(shè)在輸電線路外，以從輸電線路感應(yīng)取電；所述第一級(jí)DC/DC模塊將感應(yīng)取得的電能輸出；
[0007]可充放電裝置；
[0008]電源管理模塊，其與所述第一級(jí)DC/DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接;
[0009]第二級(jí)DC/DC模塊，其與所述電源管理模塊連接，所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸出端用于連接負(fù)載；
[0010]其中，電源管理模塊根據(jù)第一級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓,輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制可充放電裝置、第一級(jí)DC/DC模塊、第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載之間的連通或斷開(kāi)狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負(fù)載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對(duì)可充放電裝置的充電。
[0011]在本技術(shù)方案中，感應(yīng)取電裝置的帶載能力和可充放電裝置的電量以第一級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓作為判斷依據(jù)。由于感應(yīng)取電裝置在空載情況下和帶額定負(fù)載兩種情況下同等電壓表征的帶載能力是不同的，在使用電壓判斷感應(yīng)取電裝置的帶載能力前，需要對(duì)當(dāng)前感應(yīng)取電帶載情況即第二級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓(負(fù)載電壓)進(jìn)行判斷，若第二級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓(負(fù)載電壓)高于可充放電裝置的供電電壓，則可認(rèn)為當(dāng)前感應(yīng)取電裝置在為負(fù)載供電，反之則認(rèn)為可充放電裝置為負(fù)載供電。
[0012]進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述感應(yīng)取電裝置還包括:
[0013]功率控制及過(guò)壓保護(hù)模塊，其輸入端與所述取電線圈連接；
[0014]整流模塊，其輸入端與所述功率控制及過(guò)壓保護(hù)模塊的輸出端連接；
[0015]濾波模塊，其輸入端與所述整流模塊的輸出端連接，所述濾波模塊的輸出端與第一級(jí)DC/DC模塊的輸入端連接。
[0016]進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述電源管理模塊包括控制器和由控制器控制的四個(gè)開(kāi)關(guān)，該四個(gè)開(kāi)關(guān)分別是:
[0017]充電開(kāi)關(guān)，其設(shè)于第一級(jí)DC/DC模塊和可充放電裝置之間，使第一級(jí)DC/DC模塊和可充放電裝置連通或斷開(kāi)；
[0018]感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)，其設(shè)于第一級(jí)DC/DC模塊和第二級(jí)DC/DC模塊之間，使第一級(jí)DC/DC模塊和第二級(jí)DC/DC模塊連通或斷開(kāi)；
[0019]可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)，其設(shè)于可充放電裝置和第二級(jí)DC/DC模塊之間，使可充放電裝置和第二級(jí)DC/DC模塊連通或斷開(kāi)；以及
[0020]負(fù)載開(kāi)關(guān)，其設(shè)于第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載之間，使第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載連通或斷開(kāi)。
[0021]在上述無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述控制器可以是單片機(jī)，或者其它能實(shí)現(xiàn)控制功能的智能芯片；四個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷對(duì)應(yīng)感應(yīng)取電裝置、可充放電裝置以及負(fù)載之間的連接關(guān)系。
[0022]更進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述負(fù)載開(kāi)關(guān)通過(guò)控制所述第二級(jí)DC/DC模塊的運(yùn)行控制端實(shí)現(xiàn)第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載連通或斷開(kāi)。
[0023]更進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)和所述可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)均包括一二極管，該二極管的負(fù)極連接到所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸入端。
[0024]更進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述充電開(kāi)關(guān)、感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)以及可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)均包括一個(gè)或多個(gè)MOS管以及一個(gè)三極管，其中所述MOS管的柵極均與所述三極管的集電極相連。
[0025]更進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)包括:
[0026]第一二極管，其負(fù)極連接到所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸入端；
[0027]第一三極管，其發(fā)射極接地，其基極通過(guò)一第一電阻接控制器相應(yīng)控制端；
[0028]第一 MOS管和第二 MOS管，其漏極均連接到所述第一二極管的正極，其源極均連接到直流電源正極，其柵極均連接到所述第一三極管的集電極，其柵極還均通過(guò)一第二電阻與直流電源正極連接。
[0029]更進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)包括:
[0030]第二二極管，其負(fù)極連接到所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸入端；
[0031]第二三極管，其發(fā)射極接地，其基極通過(guò)一第三電阻接控制器相應(yīng)控制端，該控制端通過(guò)一第四電阻接地；
[0032]第三MOS管和第四MOS管，其漏極均連接到所述第二二極管的正極，其源極均連接到可充放電裝置正極，其柵極均連接到所述第二三極管的集電極，其柵極還均通過(guò)一第五電阻與可充放電裝置正極連接；
[0033]所述可充放電裝置正極通過(guò)串聯(lián)的第六電阻和第七電阻接地，所述第七電阻兩端并聯(lián)一第一電容，所述第六電阻和第七電阻之間的連接點(diǎn)為所述可充放電裝置的電壓檢測(cè)點(diǎn)。
[0034]更進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述充電開(kāi)關(guān)包括:
[0035]第三二極管，其負(fù)極連接到可充放電裝置正極；
[0036]第三三極管，其發(fā)射極接地，其基極通過(guò)一第八電阻接控制器相應(yīng)控制端，該控制端通過(guò)一第九電阻接地；
[0037]第五MOS管和第六MOS管，其漏極均連接到所述第三二極管的正極，其源極均連接到直流電源正極，同時(shí)其源極與第四二極管正極連接并通過(guò)同向串聯(lián)的第四二極管、第五二極管及第十電阻與所述第三二極管的正極相連，其柵極均連接到所述第三三極管的集電極，其柵極還均通過(guò)一第十一電阻與直流電源正極連接；
[0038]所述可充放電裝置正極通過(guò)串聯(lián)的第六電阻和第七電阻接地，所述第七電阻兩端并聯(lián)一第一電容，所述第六電阻和第七電阻之間的連接點(diǎn)為所述可充放電裝置的電壓檢測(cè)點(diǎn)。
[0039]進(jìn)一步地，在本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述可充放電裝置包括鋰電池。
[0040]本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0041]I)能靈活適應(yīng)包括電壓穩(wěn)定、不間斷等在內(nèi)的電源質(zhì)量要求；
[0042]2)邏輯嚴(yán)密科學(xué)，能有效管理感應(yīng)取電和充電電池為負(fù)載混合不間斷供電及感應(yīng)取電為充電電池充電，從而解決目前感應(yīng)取電電源中存在的供電間斷及電池能量損耗補(bǔ)充問(wèn)題；
[0043]3)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)取電的削峰填谷，有效解決取電電源工作死區(qū)問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1為本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖2為本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的第一級(jí)DC/DC模塊電路圖。
[0046]圖3為本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的第二級(jí)DC/DC模塊電路圖。
[0047]圖4為本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的電源管理模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]圖5為本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)電路圖。
[0049]圖6為本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的充電電池供電開(kāi)關(guān)電路圖。
[0050]圖7為本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的充電開(kāi)關(guān)電路圖。
[0051]圖8為采用本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)進(jìn)行電源管理的流程圖。
[0052]圖9為采用本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)進(jìn)行電源管理時(shí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯圖。
[0053]圖10采用本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)進(jìn)行電源管理時(shí)的PWM占空比調(diào)節(jié)流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0054]以下將根據(jù)具體實(shí)施例及說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)做進(jìn)一步說(shuō)明，但是該說(shuō)明并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。
[0055]圖1顯示了本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)。圖2-圖7分別顯示了該實(shí)施例中的第一級(jí)DC/DC模塊電路、第二級(jí)DC/DC模塊電路、電源管理模塊結(jié)構(gòu)、感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)電路、充電電池供電開(kāi)關(guān)電路以及充電開(kāi)關(guān)電路。
[0056]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)包括:用于從輸電線路感應(yīng)取電的取電線圈；功率控制及過(guò)壓保護(hù)模塊，其輸入端與取電線圈連接；整流模塊，其輸入端與功率控制及過(guò)壓保護(hù)模塊的輸出端連接；濾波模塊，其輸入端與整流模塊的輸出端連接，濾波模塊的輸出端與第一級(jí)DC/DC模塊的輸入端連接，第一級(jí)DC/DC模塊將感應(yīng)取得的電能輸出；可充放電裝置(包括鋰電池)；電源管理模塊，其與第一級(jí)DC/DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接；第二級(jí)DC/DC模塊，其與電源管理模塊連接，第二級(jí)DC/DC模塊的輸出端用于連接負(fù)載；其中，電源管理模塊根據(jù)第一級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓,輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制可充放電裝置、第一級(jí)DC/DC模塊、第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載之間的連通或斷開(kāi)狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負(fù)載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對(duì)可充放電裝置的充電。其中，取電線圈(磁芯+繞線)套裝在線路上，從線路上感應(yīng)出交流電，經(jīng)過(guò)功率控制及過(guò)壓保護(hù)、整流、濾波，輸送到第一級(jí)DC/DC模塊轉(zhuǎn)換為5V輸出；電源管理模塊包括充電管理及供電管理兩部分，在供電管理模塊控制下，5V輸出可經(jīng)第二級(jí)DC/DC模塊轉(zhuǎn)換為負(fù)載需要的3.3V輸出供給負(fù)載；在取電充足時(shí)，5V輸出可通過(guò)充電管理模塊為標(biāo)稱電壓為3.7V的鋰電池充電。
[0057]如圖2所示，本實(shí)施例的第一級(jí)DC/DC模塊電路包括DC/DC芯片U3及其外圍電路，其元器件及連接關(guān)系如圖中所示。其中，電阻R4和R5起到分壓和采樣的作用，感應(yīng)取電電壓CT_Volt用于連接到電源管理模塊，電容C6為濾波電容，旨在消除電阻R5上的毛刺，穩(wěn)壓二極管D7將電阻R5兩端電壓限制在3V以內(nèi)。元器件型號(hào)/參數(shù)選擇:芯片U3型號(hào)為L(zhǎng)M78H05-500，二極管D6型號(hào)為T(mén)SMC60A，二極管D8型號(hào)為SS32，電解電容El、E2、E3參數(shù)均為100 μ F/100V/105。，電容C5、C6參數(shù)均為0.1 μ F/100V,電阻R4、R5參數(shù)分別為10kQ ,4.7k Ω。
[0058]如圖3所示，本實(shí)施例的第二級(jí)DC/DC模塊電路包括DC/DC芯片U4及其外圍電路，其元器件及連接關(guān)系如圖中所示。其中，電阻R26和R27起到分壓和采樣的作用，負(fù)載電壓LTC_Volt用于連接到電源管理模塊，考慮到此處采樣的電壓范圍為O至5V以及電源管理模塊的耐受電壓，選擇R26、R27的阻值為10千歐。芯片U4的RUN引腳用于連接到電源管理模塊，以控制第二級(jí)DC/DC模塊輸出的開(kāi)通和關(guān)斷。元器件型號(hào)/參數(shù)選擇:芯片U4型號(hào)為L(zhǎng)TC1878，電解電容E4、E5參數(shù)均為220 μ F，電容C13、C14、C15、C16參數(shù)分別為0.1 μ F、220pF、0.1 μ F、0.1 μ F,電感 LI 參數(shù)為 22 μ H,電阻 R28、R29 參數(shù)分別為 20kQ、62kQ。
[0059]如圖4所示，本實(shí)施例的電源管理模塊包括單片機(jī)U及其控制的四個(gè)開(kāi)關(guān)，分別是充電開(kāi)關(guān)Charge_switch、感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)CT_switch、充電電池供電開(kāi)關(guān)BATT_switch以及負(fù)載開(kāi)關(guān)Load_SWitch，單片機(jī)U的ADC 口用于對(duì)負(fù)載電壓LTC_Volt (U4的輸入電壓)、鋰電池電壓BATT_Volt以及感應(yīng)取電電壓CT_Volt(U3的輸入電壓)進(jìn)行采樣，單片機(jī)U的DIGITAL I/O 口用于控制四個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷。其元器件及連接關(guān)系如圖中所示。負(fù)載開(kāi)關(guān)Load_Switch連接到U4的RUN腳,控制U4的開(kāi)通與關(guān)斷。
[0060]如圖5所示，本實(shí)施例的感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)CT_switch電路包括MOS管Ql、Q2，三極管Q3及其外圍電路，其元器件及連接關(guān)系如圖中所示，二極管D9的負(fù)極用于連接到U4的輸入端。元器件型號(hào)/參數(shù)選擇:Q1、Q2為P溝道MOS管NTR4101PT1G，Q3為三極管C9013,電阻R7、R9阻值均為1k Ω，二極管D9型號(hào)為SS32_X。
[0061]如圖6所示，本實(shí)施例的充電電池供電開(kāi)關(guān)BATT_switch電路包括MOS管Q13、Q14，三極管Q15及其外圍電路，其元器件及連接關(guān)系如圖中所示，二極管D13的負(fù)極用于連接到U4的輸入端。元器件型號(hào)/參數(shù)選擇:Q13、Q14為P溝道MOS管NTR4101PT1G，Q15為三極管C9013，電阻R24、R25阻值均為1kQ，電阻R21、R22、R23阻值均為10kQ，電容C12為 0.01 μ F，二極管 D13 型號(hào)為 SS32，鋰電池 L1n BATTARY 電壓 3.7VDC。
[0062]如圖7所示，本實(shí)施例的充電開(kāi)關(guān)Charge_switch電路包括MOS管Q7、Q8，三極管Q9及其外圍電路，其元器件及連接關(guān)系如圖中所示。其中，二極管D1、Dll及電阻R18構(gòu)成涓流充電回路，R18起限流作用，二極管D12可防止電池電流倒灌45R21、R22分壓后的鋰電池電壓BATT_Volt用于送入單片機(jī)U，電容C12起到消除R22上毛刺的作用。元器件型號(hào)/參數(shù)選擇:Q7、Q8為P溝道MOS管NTR4101PT1G，Q9為三極管C9013，電阻R17、R16、R30阻值均為1kQ，電阻R18阻值均為100 Ω，電阻R21、R22阻值均為10kQ，電容C12為
0.01 μ F，二極管D12型號(hào)為SS32，二極管D10、D11型號(hào)為1N4148，鋰電池L1n BATTARY電壓 3.7VDCο
[0063]以下結(jié)合上述無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，說(shuō)明采用該無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)進(jìn)行電源管理的方法。
[0064]圖8顯示了電源管理方法的流程。圖9顯示了電源管理方法的狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯。圖10顯示了電源管理方法的PWM占空比調(diào)節(jié)流程。
[0065]如圖8所示，結(jié)合參考圖1-7，采用該無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)進(jìn)行電源管理，包括下列步驟:
[0066]上電P0WERUP ;
[0067]系統(tǒng)初始化；
[0068]單片機(jī)U的定時(shí)器產(chǎn)生固定周期的時(shí)間標(biāo)記，標(biāo)記來(lái)臨時(shí)，單片機(jī)U采樣感應(yīng)取電電壓CT_Volt、鋰電池電壓BATT_Volt以及負(fù)載電壓LTC_Volt ；
[0069]判定當(dāng)前感應(yīng)取電的帶載能力以及鋰電池電量:若負(fù)載電壓LTC_Volt高于鋰電池電壓BATT_Volt與二極管導(dǎo)通壓降之和，則認(rèn)為當(dāng)前感應(yīng)取電在為負(fù)載供電，反之則認(rèn)為鋰電池在為負(fù)載供電；根據(jù)取電電壓CT_Volt及其帶載情況，判定當(dāng)前感應(yīng)取電的帶載能力，設(shè)定兩個(gè)電壓閾值，將其帶負(fù)載能力由低到高劃分為A、B、C三個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)感應(yīng)取電不足以驅(qū)動(dòng)額定負(fù)載、可以驅(qū)動(dòng)額定負(fù)載但不足以為鋰電池充電、可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載且可以為鋰電池充電三種情況；根據(jù)鋰電池電壓BATT_Volt近似判斷當(dāng)前鋰電池電量，設(shè)定兩個(gè)電壓閾值，將鋰電池電量由低到高劃分為X、Y、Z三個(gè)等級(jí):X對(duì)應(yīng)電池的過(guò)放電狀態(tài)，過(guò)放電后鋰電池壽命下降，且不宜充電；Y對(duì)應(yīng)電池正常工況，可充電；Ζ對(duì)應(yīng)電池充滿的情況；
[0070]單片機(jī)U的狀態(tài)機(jī)狀態(tài)判定并轉(zhuǎn)移:將感應(yīng)取電、充電電池以及負(fù)載之間的關(guān)系通過(guò)充電開(kāi)關(guān)Charge_switch、感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)CT_switch、充電電池供電開(kāi)關(guān)BATT_switch以及負(fù)載開(kāi)關(guān)Load_switch組合為狀態(tài)1、2、3三個(gè)狀態(tài)，該狀態(tài)由狀態(tài)機(jī)輸出邏輯控制，如下表I所示:
[0071]表I狀態(tài)機(jī)輸出邏輯
[0072]
I23
CTswitcliOffOnOri
Chi!rgc_switchOffOffPWM U,
BATTswitchOnOnOn
LocidswitchOnUnOn
[0073]表I中，充電電池供電開(kāi)關(guān)BATT_switch、感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)CT_switch均為ON時(shí)MOS管Q1、Q2、Q13、Q14均導(dǎo)通，線路電流高于啟動(dòng)電流時(shí)U3輸出電壓為5V，高于鋰電池電壓，二極管D9導(dǎo)通、D13關(guān)斷，U4由U3供電；低于啟動(dòng)電流時(shí)U3的電壓跌落至鋰電池電壓以下，二極管D13導(dǎo)通、D9關(guān)斷，鋰電池投入供電。該設(shè)計(jì)可有效避免因切換電源導(dǎo)致的供電中斷。
[0074]如圖9，將感應(yīng)取電帶載能力等級(jí)和充電電池電量等級(jí)進(jìn)行排列組合，將這些排列組合依據(jù)電源質(zhì)量要求進(jìn)行篩選作為所述狀態(tài)兩兩之間的轉(zhuǎn)換條件，該轉(zhuǎn)換條件具有方向性；當(dāng)當(dāng)前狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件出現(xiàn)時(shí)，當(dāng)前狀態(tài)沿著所述當(dāng)前狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件方向進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，否則維持當(dāng)前狀態(tài)不變。
[0075]單片機(jī)U以判定的當(dāng)前感應(yīng)取電的帶載能力以及鋰電池電量作為狀態(tài)機(jī)輸入，按照?qǐng)D9的狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯轉(zhuǎn)換狀態(tài)，然后刷新?tīng)顟B(tài)機(jī)輸出。其中充電開(kāi)關(guān)Charge_SWitch是以PWM波的形式輸出，具體來(lái)說(shuō)是由單片機(jī)U的PCA (可編程計(jì)數(shù)陣列)輸出占空比可變的PWM波以得到期望的充電功率，該占空比由下述充電的變速PWM調(diào)節(jié)方法確定。狀態(tài)機(jī)輸出保持不變，直到下一個(gè)時(shí)間標(biāo)記來(lái)臨。
[0076]如圖10，給出了一種充電的變速PWM調(diào)節(jié)方法，當(dāng)單片機(jī)U的狀態(tài)機(jī)由狀態(tài)I或狀態(tài)2轉(zhuǎn)向狀態(tài)3時(shí)，初始化PWM充電的占空比為1% ;當(dāng)前一個(gè)狀態(tài)也是狀態(tài)3時(shí)，根據(jù)感應(yīng)取電電壓CT_Vo11調(diào)節(jié)占空比。感應(yīng)取電電壓CT_Vo11高則增大占空比，低則減小占空t匕。為了提升調(diào)節(jié)效率，若感應(yīng)取電電壓CT_Volt高于一個(gè)較大的閾值Uh,則增加占空比的步長(zhǎng)為5%，否則使用1%的步長(zhǎng)調(diào)節(jié)占空比，最終將感應(yīng)取電電壓CT_Volt穩(wěn)定在閾值隊(duì)和Um之間。閾值％為和隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。最大占空比限定為50%，以避免充電電流超過(guò)U3的最大負(fù)載電流。
[0077]需要注意的是，以上所列舉的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。顯然本實(shí)用新型不局限于以上實(shí)施例，隨之做出的類似變化或變形是本領(lǐng)域技術(shù)人員能從本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi)容直接得出或者很容易便聯(lián)想到的，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，包括: 感應(yīng)取電裝置，其包括取電線圈和第一級(jí)DC/DC模塊，所述取電線圈用于套設(shè)在輸電線路外，以從輸電線路感應(yīng)取電；所述第一級(jí)DC/DC模塊將感應(yīng)取得的電能輸出； 可充放電裝置； 電源管理模塊，其與所述第一級(jí)DC/DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接；第二級(jí)DC/DC模塊，其與所述電源管理模塊連接，所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸出端用于連接負(fù)載； 其中，電源管理模塊根據(jù)第一級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級(jí)DC/DC模塊的輸入電壓,輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制可充放電裝置、第一級(jí)DC/DC模塊、第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載之間的連通或斷開(kāi)狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負(fù)載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對(duì)可充放電裝置的充電。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)取電裝置還包括: 功率控制及過(guò)壓保護(hù)模塊，其輸入端與所述取電線圈連接； 整流模塊，其輸入端與所述功率控制及過(guò)壓保護(hù)模塊的輸出端連接； 濾波模塊，其輸入端與所述整流模塊的輸出端連接，所述濾波模塊的輸出端與第一級(jí)DC/DC模塊的輸入端連接。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理模塊包括控制器和由控制器控制的四個(gè)開(kāi)關(guān)，該四個(gè)開(kāi)關(guān)分別是: 充電開(kāi)關(guān)，其設(shè)于第一級(jí)DC/DC模塊和可充放電裝置之間，使第一級(jí)DC/DC模塊和可充放電裝置連通或斷開(kāi)； 感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)，其設(shè)于第一級(jí)DC/DC模塊和第二級(jí)DC/DC模塊之間，使第一級(jí)DC/DC模塊和第二級(jí)DC/DC模塊連通或斷開(kāi)； 可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)，其設(shè)于可充放電裝置和第二級(jí)DC/DC模塊之間，使可充放電裝置和第二級(jí)DC/DC模塊連通或斷開(kāi)；以及 負(fù)載開(kāi)關(guān)，其設(shè)于第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載之間，使第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載連通或斷開(kāi)。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述可充放電裝置包括鋰電池。
5.如權(quán)利要求3所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載開(kāi)關(guān)通過(guò)控制所述第二級(jí)DC/DC模塊的運(yùn)行控制端實(shí)現(xiàn)第二級(jí)DC/DC模塊和負(fù)載連通或斷開(kāi)。
6.如權(quán)利要求3所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)和所述可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)均包括一二極管，該二極管的負(fù)極連接到所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸入端。
7.如權(quán)利要求3所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述充電開(kāi)關(guān)、感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)以及可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)均包括一個(gè)或多個(gè)MOS管以及一個(gè)三極管，其中所述MOS管的柵極均與所述三極管的集電極相連。
8.如權(quán)利要求3所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)取電供電開(kāi)關(guān)包括: 第一二極管(D9)，其負(fù)極連接到所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸入端； 第一三極管(Q3)，其發(fā)射極接地，其基極通過(guò)一第一電阻(R9)接控制器相應(yīng)控制端；第一 MOS管(Ql)和第二 MOS管(Q2)，其漏極均連接到所述第一二極管(D9)的正極，其源極均連接到直流電源正極，其柵極均連接到所述第一三極管(Q3)的集電極，其柵極還均通過(guò)一第二電阻(R7)與直流電源正極連接。
9.如權(quán)利要求3所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述可充放電裝置供電開(kāi)關(guān)包括: 第二二極管(D13)，其負(fù)極連接到所述第二級(jí)DC/DC模塊的輸入端； 第二三極管(Q15)，其發(fā)射極接地，其基極通過(guò)一第三電阻(R25)接控制器相應(yīng)控制端，該控制端通過(guò)一第四電阻(R23)接地； 第三MOS管(Ql)和第四MOS管(Q2)，其漏極均連接到所述第二二極管(D13)的正極，其源極均連接到可充放電裝置正極，其柵極均連接到所述第二三極管(Q15)的集電極，其柵極還均通過(guò)一第五電阻(R24)與可充放電裝置正極連接； 所述可充放電裝置正極通過(guò)串聯(lián)的第六電阻(R21)和第七電阻(R22)接地，所述第七電阻(R22)兩端并聯(lián)一第一電容(C12)，所述第六電阻(R21)和第七電阻(R22)之間的連接點(diǎn)為所述可充放電裝置的電壓檢測(cè)點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求3所述的無(wú)死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述充電開(kāi)關(guān)包括: 第三二極管(D12)，其負(fù)極連接到可充放電裝置正極； 第三三極管(Q9)，其發(fā)射極接地，其基極通過(guò)一第八電阻(R16)接控制器相應(yīng)控制端，該控制端通過(guò)一第九電阻(R30)接地； 第五MOS管(Q7)和第六MOS管(Q8)，其漏極均連接到所述第三二極管(D12)的正極，其源極均連接到直流電源正極，同時(shí)其源極與第四二極管(DlO)正極連接并通過(guò)同向串聯(lián)的第四二極管(DlO)、第五二極管(Dll)及第十電阻(R18)與所述第三二極管(D12)的正極相連，其柵極均連接到所述第三三極管(Q9)的集電極，其柵極還均通過(guò)一第十一電阻(R17)與直流電源正極連接； 所述可充放電裝置正極通過(guò)串聯(lián)的第六電阻(R21)和第七電阻(R22)接地，所述第七電阻(R22)兩端并聯(lián)一第一電容(C12)，所述第六電阻(R21)和第七電阻(R22)之間的連接點(diǎn)為所述可充放電裝置的電壓檢測(cè)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK203967814SQ201420419252
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】刁慕檁 申請(qǐng)人:上海載物能源科技有限公司