一種無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)及電源管理方法

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一種無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)及電源管理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無死區(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DC/DC模塊，取電線圈從輸電線路感應(yīng)取電；第一級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DC/DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接；第二級DC/DC模塊，其與電源管理模塊連接，第二級DC/DC模塊的輸出端用于連接負載；其中，電源管理模塊根據(jù)第一級DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級DC/DC模塊的輸入電壓，輸出相應(yīng)的控制信號，以控制可充放電裝置、第一級DC/DC模塊、第二級DC/DC模塊和負載之間的連通或斷開狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對可充放電裝置的充電。本發(fā)明還公開了一種電源管理方法。
【專利說明】一種無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)及電源管理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電源管理方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種感應(yīng)取電的電源管理方法及系統(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，由于此類智能電子設(shè)備通常通過感應(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載功率所需要的最小線路電流稱為該取電電源的啟動電流。若設(shè)備僅由普通取電電源供電，則當(dāng)線路電流低于啟動電流時，設(shè)備將因失去電源而出現(xiàn)工作死區(qū)。
[0003] 針對上述工作死區(qū)的問題，最為常見的解決方案是在感應(yīng)取電供電死區(qū)時將備用電池投入供電。目前應(yīng)用該方案存在的問題：感應(yīng)取電供電與電池供電切換時需將設(shè)備短暫停電，且電池的能量損耗無法得到補充。因此目前該方案難以有效解決工作死區(qū)的問題，極大地限制了感應(yīng)取電電源的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是提供一種無死區(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為負載混合不間斷供電，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充問題。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種電源管理方法，其同樣用于實現(xiàn)感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負載混合不間斷供電，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充問題。
[0006] 基于上述目的，本發(fā)明提供了一種無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，其包括：
[0007] 感應(yīng)取電裝置，其包括取電線圈和第一級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DC/DC模塊將感應(yīng)取得的電能輸出；
[0008] 可充放電裝置；
[0009] 電源管理模塊，其與所述第一級DC/DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接；
[0010] 第二級DC/DC模塊，其與所述電源管理模塊連接，所述第二級DC/DC模塊的輸出端用于連接負載；
[0011] 其中，電源管理模塊根據(jù)第一級DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級DC/DC模塊的輸入電壓，輸出相應(yīng)的控制信號，以控制可充放電裝置、第一級DC/ DC模塊、第二級DC/DC模塊和負載之間的連通或斷開狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對可充放電裝置的充電。
[0012] 進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(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] 功率控制及過壓保護模塊，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壓保護模塊的輸出端連接；
[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DC/DC模塊的輸入端連接。
[0016] 進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(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開關(guān)，該四個開關(guān)分別是：
[0017] 充電開關(guān)，其設(shè)于第一級DC/DC模塊和可充放電裝置之間，使第一級DC/DC模塊和可充放電裝置連通或斷開；
[0018] 感應(yīng)取電供電開關(guān)，其設(shè)于第一級DC/DC模塊和第二級DC/DC模塊之間，使第一級 DC/DC模塊和第二級DC/DC模塊連通或斷開；
[0019] 可充放電裝置供電開關(guān)，其設(shè)于可充放電裝置和第二級DC/DC模塊之間，使可充放電裝置和第二級DC/DC模塊連通或斷開；以及
[0020] 負載開關(guān)，其設(shè)于第二級DC/DC模塊和負載之間，使第二級DC/DC模塊和負載連通或斷開。
[0021] 在上述無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述控制器可以是單片機，或者其它能實現(xiàn) 控制功能的智能芯片；四個開關(guān)的通斷對應(yīng)感應(yīng)取電裝置、可充放電裝置以及負載之間的連接關(guān)系。
[0022] 更進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述負載開關(guān)通過控制所述第二級DC/DC模塊的運行控制端實現(xiàn)第二級DC/DC模塊和負載連通或斷開。
[0023] 更進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述感應(yīng)取電供電開關(guān)和所述可充放電裝置供電開關(guān)均包括一二極管，該二極管的負極連接到所述第二級DC/ DC模塊的輸入端。
[0024] 更進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述充電開關(guān)、感應(yīng)取電供電開關(guān)以及可充放電裝置供電開關(guān)均包括一個或多個M0S管以及一個三極管，其中所述M0S管的柵極均與所述三極管的集電極相連。
[0025] 更進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述感應(yīng)取電供電開關(guān)包括：
[0026] 第一二極管，其負極連接到所述第二級DC/DC模塊的輸入端；
[0027] 第一三極管，其發(fā)射極接地，其基極通過一第一電阻接控制器相應(yīng)控制端；
[0028] 第一 M0S管和第二M0S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，其柵極還均通過一第二電阻與直流電源正極連接。
[0029] 更進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述可充放電裝置供電開關(guān)包括：
[0030] 第二二極管，其負極連接到所述第二級DC/DC模塊的輸入端；
[0031] 第二三極管，其發(fā)射極接地，其基極通過一第三電阻接控制器相應(yīng)控制端，該控制端通過一第四電阻接地；
[0032] 第三M0S管和第四M0S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為所述可充放電裝置的電壓檢測點。
[0034] 更進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)中，所述充電開關(guān)包括：
[0035] 第三二極管，其負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，其基極通過一第八電阻接控制器相應(yīng)控制端，該控制端通過一第九電阻接地；
[0037] 第五M0S管和第六M0S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，同時其源極與第四二極管正極連接并通過同向串聯(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為所述可充放電裝置的電壓檢測點。
[0039] 進一步地，在本發(fā)明所述的無死區(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] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種電源管理方法，其用于為負載不間斷供電，該電源管理辦法采用感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置，所述電源管理方法包括步驟：
[0041] 判斷感應(yīng)取電裝置的負載能力等級和可充放電裝置的電量等級；
[0042] 將感應(yīng)取電裝置、可充放電裝置以及負載之間的連接關(guān)系設(shè)置為若干供電狀態(tài)；
[0043] 將感應(yīng)取電裝置的負載能力等級和可充放電裝置的電量等級兩兩組合，根據(jù)電源質(zhì)量要求將這些組合作為所述供電狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件；
[0044] -旦對應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件出現(xiàn)，則當(dāng)前供電狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，否則維持當(dāng)前供電狀態(tài)不變。
[0045] 進一步地，在本發(fā)明所述的電源管理方法中，所述供電狀態(tài)包括：
[0046] 第一供電狀態(tài)，僅可充放電裝置為負載供電；
[0047] 第二供電狀態(tài)，感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置的其中之一為負載供電；
[0048] 第三供電狀態(tài)，感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置的其中之一為負載供電，且感應(yīng)取電裝置為可充放電裝置充電。
[0049] 在上述電源管理方法中，所述第二供電狀態(tài)和第三供電狀態(tài)的感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置的選擇根據(jù)線路電流與啟動電流的關(guān)系做出，從而實現(xiàn)負載供電的無縫切換。
[0050] 進一步地，在本發(fā)明所述的電源管理方法中，所述感應(yīng)取電裝置的帶載能力由低到高劃分為A、B、C三個等級，分別對應(yīng)感應(yīng)取電裝置不足以驅(qū)動負載、可以驅(qū)動負載但不足以為可充放電裝置充電、可以驅(qū)動負載且可以為可充放電裝置充電三種情況；所述可充放電裝置的電量由低到高劃分為X、Y、Z三個等級，分別對應(yīng)可充放電裝置的過放電狀態(tài)、正常工況、和電量充滿三種情況；所述轉(zhuǎn)換條件包括：由第一供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第二供電狀態(tài)的BX/BY/BZ/CX/CZ ;由第二供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第一供電狀態(tài)的AX/AY/AZ ;由第一供電狀態(tài) 轉(zhuǎn)換為第三供電狀態(tài)的CY ;由第三供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第一供電狀態(tài)的AX/AY/AZ ;由第二供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第三供電狀態(tài)方向的CY ;由第三供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第二供電狀態(tài)的BX/BY/BZ/ CX/CZ。
[0051] 在上述電源管理方法中，所述轉(zhuǎn)換條件和供電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換之間的對應(yīng)關(guān)系通過邏輯分析得到，例如轉(zhuǎn)換條件BX表征的是感應(yīng)取電帶載能力可以驅(qū)動負載但不足以為充電電池充電，同時充電電池過放電，此時由邏輯分析得狀態(tài)轉(zhuǎn)換應(yīng)趨向感應(yīng)取電和充電電池其中之一為負載供電，即第二供電狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)換條件BX觸發(fā)由第一供電狀態(tài)往第二供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換，或由第三供電狀態(tài)往第二供電狀態(tài)方向轉(zhuǎn)換，或維持第二供電狀態(tài)不變。其它轉(zhuǎn) 換條件和狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的對應(yīng)關(guān)系同理，此處不一一例舉。
[0052] 進一步地，在本發(fā)明所述的電源管理方法中，所述感應(yīng)取電裝置為可充放電裝置充電是采用變速PWM (脈沖寬度調(diào)制）方式。
[0053] 感應(yīng)取電裝置可支持的充電功率隨原邊電流上升而提升。若原邊電流一定，感應(yīng) 取電裝置的電壓隨充電功率的提升而跌落。為了平穩(wěn)且高效地利用感應(yīng)所得的功率，上述電源管理方法采用變速PWM方式對可充放電裝置進行充電，即原邊電流上升時，增加充電功率，原邊電流下降時，降低充電功率。
[0054] 進一步地，在本發(fā)明所述的電源管理方法中，當(dāng)所述供電狀態(tài)由第一供電狀態(tài)轉(zhuǎn) 換為第三供電狀態(tài)或由第二供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第三供電狀態(tài)時，初始化PWM充電的占空比；當(dāng)維持第三供電狀態(tài)不變時，根據(jù)感應(yīng)取電裝置的電壓調(diào)節(jié)所述占空比，若感應(yīng)取電裝置的電壓偏高，則增大所述占空比以降低感應(yīng)取電裝置的電壓，若感應(yīng)取電裝置的電壓偏低，則減小所述占空比以升高感應(yīng)取電裝置的電壓。
[0055] 進一步地，在本發(fā)明所述的電源管理方法中，選定感應(yīng)取電裝置電壓的若干閾值，對應(yīng)所述閾值劃分的不同閾值區(qū)間以設(shè)定不同的占空比調(diào)節(jié)目標(biāo)和調(diào)節(jié)步長。
[0056] 進一步地，在本發(fā)明所述的電源管理方法中，將所述閾值選定為三個，其由高到低分別為U H、UM和隊；進行下述步驟：
[0057] (1)判斷感應(yīng)取電裝置的電壓是否>UH，若為是，則以5%的步長增加占空比至調(diào)節(jié) 目標(biāo)50%及以上，然后跳至步驟（4);若為否，則進行下一步；
[0058] (2)判斷若感應(yīng)取電裝置的電壓是否〉UM，若為是，則以1 %的步長增加占空比至調(diào) 節(jié)目標(biāo)50%及以上，然后跳至步驟（4);若為否，則進行下一步；
[0059] (3)判斷感應(yīng)取電裝置的電壓是否〈隊，若為是，則以1 %的步長減小占空比至調(diào)節(jié) 目標(biāo)1%及以下，然后跳至步驟（4);若為否，則進行下一步；
[0060] (4)結(jié)束占空比調(diào)節(jié)。
[0061] 本發(fā)明所述的電源管理方法，通過判斷感應(yīng)取電裝置的帶載能力和可充放電裝置的電量，調(diào)整感應(yīng)取電裝置、可充放電裝置以及負載之間的連接關(guān)系，以適應(yīng)包括電壓穩(wěn) 定、不間斷等在內(nèi)的電源質(zhì)量要求。本發(fā)明采用了狀態(tài)機思想，即通過輸入條件控制狀態(tài)輸出，且輸入條件采用排列組合的窮舉方式，邏輯嚴密科學(xué)，能有效管理感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負載混合不間斷供電，還能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)取電裝置為可充放電裝置的充電，從而解決了目前感應(yīng)取電電源中存在的供電間斷及電池能量損耗補充問題。
[0062] 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感應(yīng)取電裝置的電壓、可充放電裝置的電壓以及負載電壓作為判斷依據(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，需要對當(dāng)前感應(yīng)取電帶載情況即負載電壓進行判斷，若負載電壓高于可充放電裝置的供電電壓，則可認為當(dāng)前感應(yīng)取電裝置在為負載供電，反之則認為可充放電裝置為負載供電。
[0063] 本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)和電源管理方法具有以下優(yōu)點：
[0064] 1)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；
[0065] 2)邏輯嚴密科學(xué)，能有效管理感應(yīng)取電和充電電池為負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充問題；
[0066] 3)實現(xiàn)感應(yīng)取電的削峰填谷，有效解決取電電源工作死區(qū)問題；
[0067] 4)采用變速PWM方式對充電電池進行充電，平穩(wěn)且高效地利用感應(yīng)所得的功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0068] 圖1為本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0069] 圖2為本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實施方式下的第一級DC/DC 模塊電路圖。
[0070] 圖3為本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實施方式下的第二級DC/DC 模塊電路圖。
[0071] 圖4為本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實施方式下的電源管理模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0072] 圖5為本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實施方式下的感應(yīng)取電供電開關(guān)電路圖。
[0073] 圖6為本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實施方式下的充電電池供電開關(guān)電路圖。
[0074] 圖7為本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)在一種實施方式下的充電開關(guān)電路圖。
[0075] 圖8為本發(fā)明所述的電源管理方法在一種實施方式下的流程圖。
[0076] 圖9為本發(fā)明所述的電源管理方法在一種實施方式下的狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯圖。
[0077] 圖10為本發(fā)明所述的電源管理方法在一種實施方式下的PWM占空比調(diào)節(jié)流程圖。

【具體實施方式】
[0078] 以下將根據(jù)具體實施例及說明書附圖對本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng) 和電源管理方法做進一步說明，但是該說明并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0079] 為方便說明，以下先說明無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)，然后結(jié)合該系統(tǒng)說明電源管理方法。
[0080] 圖1顯示了本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)的一種實施例結(jié)構(gòu)。圖2-圖 7分別顯示了該實施例中的第一級DC/DC模塊電路、第二級DC/DC模塊電路、電源管理模塊結(jié)構(gòu)、感應(yīng)取電供電開關(guān)電路、充電電池供電開關(guān)電路以及充電開關(guān)電路。
[0081] 如圖1所示，本發(fā)明所述的無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)的一種實施例結(jié)構(gòu)包括：用于從輸電線路感應(yīng)取電的取電線圈；功率控制及過壓保護模塊，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壓保護模塊的輸出端連接；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DC/DC模塊的輸入端連接，第一級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DC/ DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接；第二級DC/DC模塊，其與電源管理模塊連接，第二級DC/DC模塊的輸出端用于連接負載；其中，電源管理模塊根據(jù)第一級DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級DC/DC模塊的輸入電壓，輸出相應(yīng)的控制信號，以控制可充放電裝置、第一級DC/DC模塊、第二級DC/DC模塊和負載之間的連通或斷開狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對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)過功率控制及過壓保護、整流、濾波，輸送到第一級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DC/DC模塊轉(zhuǎn)換為負載需要的3. 3V輸出供給負載；在取電充足時，5V輸出可通過充電管理模塊為標(biāo)稱電壓為3. 7V的鋰電池充電。
[0082] 如圖2所示，本實施例的第一級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/參數(shù)選擇：芯片U3型號為LM78H05-500,二極管D6型號為TSMC60A，二極管D8型號為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 lOOkQ、4. 7kQ。
[0083] 如圖3所示，本實施例的第二級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0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DC/DC模塊輸出的開通和關(guān)斷。元器件型號/參數(shù)選擇：芯片U4型號為LTC1878,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 L1 參數(shù)為 22 μ Η，電阻 R28、R29 參數(shù)分別為 20k Ω、62k Ω。
[0084] 如圖4所示，本實施例的電源管理模塊包括單片機U及其控制的四個開關(guān)，分別是充電開關(guān)Charge_switch、感應(yīng)取電供電開關(guān)CT_switch、充電電池供電開關(guān)BATT_switch 以及負載開關(guān)Load_ SWitch，單片機U的ADC 口用于對負載電壓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）進行采樣，單片機U的 DIGITAL I/O 口用于控制四個開關(guān)的通斷。其元器件及連接關(guān)系如圖中所示。負載開關(guān) Load_Switch連接到U4的RUN腳，控制U4的開通與關(guān)斷。
[0085] 如圖5所示，本實施例的感應(yīng)取電供電開關(guān)CT_switch電路包括M0S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的負極用于連接到 U4的輸入端。元器件型號/參數(shù)選擇：Ql、Q2為P溝道M0S管NTR4101PT1G，Q3為三極管 C9013,電阻R7、R9阻值均為10k Ω，二極管D9型號為SS32_X。
[0086] 如圖6所示，本實施例的充電電池供電開關(guān)BATT_switch電路包括M0S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的負極用于連接到U4的輸入端。元器件型號/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lOkQ，電阻R21、R22、R23阻值均為lOOkQ，電容 C12 為 0. 01 μ F，二極管 D13 型號為 SS32,鋰電池 Lion BATTARY 電壓 3. 7VDC。
[0087] 如圖7所示，本實施例的充電開關(guān)Charge_switch電路包括M0S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DIO、Dl 1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；經(jīng)R21、R22分壓后的鋰電池電壓BATT_Volt用于送入單片機U，電容C12起到消除R22上毛刺的作用。元器件型號/參數(shù)選擇：Q7、Q8為P溝道M0S管NTR4101PT1G，Q9為三極管C9013,電阻R17、R16、 R30阻值均為10kQ，電阻R18阻值均為100Ω，電阻R21、R22阻值均為lOOkQ，電容C12為 0. 01 μ F，二極管D12型號為SS32,二極管D10、D11型號為1Ν4148,鋰電池Lion BATTARY電壓 3. 7VDC。
[0088] 以下結(jié)合上述無死區(qū)感應(yīng)取電電源系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)，說明應(yīng)用于該系統(tǒng)實施例的電源管理方法。
[0089] 圖8顯示了本實施例的電源管理方法的流程。圖9顯示了本實施例的電源管理方法的狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯。圖10顯示了本實施例的電源管理方法的PWM占空比調(diào)節(jié)流程。
[0090] 如圖8所示，結(jié)合參考圖1-7,本實施例的電源管理方法的流程由電源管理模塊執(zhí) 行，包括下列步驟：
[0091] 上電 P0WERUP;
[0092] 系統(tǒng)初始化；
[0093] 單片機U的定時器產(chǎn)生固定周期的時間標(biāo)記，標(biāo)記來臨時，單片機U采樣感應(yīng)取電電壓CT_Volt、鋰電池電壓BATT_Volt以及負載電壓LTC_Volt ;
[0094] 判定當(dāng)前感應(yīng)取電的帶載能力以及鋰電池電量：若負載電壓LTC_Volt高于鋰電池電壓BATT_Volt與二極管導(dǎo)通壓降之和，則認為當(dāng)前感應(yīng)取電在為負載供電，反之則認為鋰電池在為負載供電；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)定兩個電壓閾值，將其帶負載能力由低到高劃分為A、B、C三個等級，分別對應(yīng)感應(yīng) 取電不足以驅(qū)動額定負載、可以驅(qū)動額定負載但不足以為鋰電池充電、可以驅(qū)動負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)定兩個電壓閾值，將鋰電池電量由低到高劃分為X、Y、Z三個等級：X對應(yīng)電池的過放電狀態(tài)，過放電后鋰電池壽命下降，且不宜充電；Y對應(yīng)電池正常工況，可充電；Z對應(yīng)電池充滿的情況；
[0095] 單片機U的狀態(tài)機狀態(tài)判定并轉(zhuǎn)移：將感應(yīng)取電、充電電池以及負載之間的關(guān)系通過充電開關(guān)Charge_switch、感應(yīng)取電供電開關(guān)CT_switch、充電電池供電開關(guān)BATT_ switch以及負載開關(guān)Load_switch組合為狀態(tài)1、2、3三個狀態(tài)，該狀態(tài)由狀態(tài)機輸出邏輯控制，如下表1所示：
[0096] 表1狀態(tài)機輸出邏輯
[0097] 1 2 3 CTswitch Off On On Chargcswitch Off Off PWMOn BATTswitch On On On Loadswitch On On On
[0098] 表1中，充電電池供電開關(guān)BATT_switch、感應(yīng)取電供電開關(guān)CT_switch均為ON時皿05管叭、〇2、〇13、〇14均導(dǎo)通，線路電流高于啟動電流時仍輸出電壓為5￥，高于鋰電池電壓，二極管D9導(dǎo)通、D13關(guān)斷，U4由U3供電；低于啟動電流時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)計可有效避免因切換電源導(dǎo)致的供電中斷。
[0099] 如圖9，將感應(yīng)取電帶載能力等級和充電電池電量等級進行排列組合，將這些排列組合依據(jù)電源質(zhì)量要求進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，當(dāng)前狀態(tài)沿著所述當(dāng)前狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件方向進行狀態(tài) 轉(zhuǎn)換，否則維持當(dāng)前狀態(tài)不變。
[0100] 單片機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)機輸入，按照圖9的狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯轉(zhuǎn)換狀態(tài)，然后刷新狀態(tài)機輸出。其中充電開關(guān)Charge_ switch是以PWM波的形式輸出，具體來說是由單片機U的PCA (可編程計數(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)機輸出保持不變，直到下一個時間標(biāo)記來臨。
[0101] 如圖1〇,給出了一種充電的變速PWM調(diào)節(jié)方法，當(dāng)單片機U的狀態(tài)機由狀態(tài)1或狀態(tài)2轉(zhuǎn)向狀態(tài)3時，初始化PWM充電的占空比為1% ;當(dāng)前一個狀態(tài)也是狀態(tài)3時，根據(jù)感應(yīng)取電電壓CT_Vo 11調(diào)節(jié)占空比。感應(yīng)取電電壓CT_Vo 11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高于一個較大的閾值UH，則增加占空比的步長為5%，否則使用1%的步長調(diào)節(jié)占空比，最終將感應(yīng)取電電壓CT_Volt穩(wěn)定在閾值隊和仏之間。閾值％、仏和隊通過實驗測定。最大占空比限定為50%，以避免充電電流超過U3的最大負載電流。
[0102] 需要注意的是，以上所列舉的實施例僅為本發(fā)明的具體實施例。顯然本發(fā)明不局限于以上實施例，隨之做出的類似變化或變形是本領(lǐng)域技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接得出或者很容易便聯(lián)想到的，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種無死區(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DC/DC模塊的輸出端連接，并與可充放電裝置連接；第二級DC/DC模塊，其與所述電源管理模塊連接，所述第二級DC/DC模塊的輸出端用于連接負載；其中，電源管理模塊根據(jù)第一級DC/DC模塊的輸入電壓、可充放電裝置的電壓以及第二級DC/DC模塊的輸入電壓，輸出相應(yīng)的控制信號，以控制可充放電裝置、第一級DC/DC模塊、第二級DC/DC模塊和負載之間的連通或斷開狀態(tài)，以使感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置為負載不間斷供電以及感應(yīng)取電裝置對可充放電裝置的充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的無死區(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：功率控制及過壓保護模塊，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壓保護模塊的輸出端連接；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 DC/DC模塊的輸入端連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的無死區(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開關(guān)，該四個開關(guān)分別是：充電開關(guān)，其設(shè)于第一級DC/DC模塊和可充放電裝置之間，使第一級DC/DC模塊和可充放電裝置連通或斷開；感應(yīng)取電供電開關(guān)，其設(shè)于第一級DC/DC模塊和第二級DC/DC模塊之間，使第一級DC/ DC模塊和第二級DC/DC模塊連通或斷開；可充放電裝置供電開關(guān)，其設(shè)于可充放電裝置和第二級DC/DC模塊之間，使可充放電裝置和第二級DC/DC模塊連通或斷開；以及負載開關(guān)，其設(shè)于第二級DC/DC模塊和負載之間，使第二級DC/DC模塊和負載連通或斷開。
4. 如權(quán)利要求1所述的無死區(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. -種電源管理方法，用于為負載不間斷供電，其特征在于，該電源管理辦法采用感應(yīng) 取電裝置和可充放電裝置，所述電源管理方法包括步驟：判斷感應(yīng)取電裝置的負載能力等級和可充放電裝置的電量等級；將感應(yīng)取電裝置、可充放電裝置以及負載之間的連接關(guān)系設(shè)置為若干供電狀態(tài)；將感應(yīng)取電裝置的負載能力等級和可充放電裝置的電量等級兩兩組合，根據(jù)電源質(zhì)量要求將這些組合作為所述供電狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件；一旦對應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件出現(xiàn)，則當(dāng)前供電狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，否則維持當(dāng)前供電狀態(tài)不變。
6. 如權(quán)利要求5所述的電源管理方法，其特征在于，所述供電狀態(tài)包括：第一供電狀態(tài)，僅可充放電裝置為負載供電；第二供電狀態(tài)，感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置的其中之一為負載供電；第三供電狀態(tài)，感應(yīng)取電裝置和可充放電裝置的其中之一為負載供電，且感應(yīng)取電裝置為可充放電裝置充電。
7. 如權(quán)利要求6所述的電源管理方法，其特征在于，所述感應(yīng)取電裝置的帶載能力由低到高劃分為A、B、C三個等級，分別對應(yīng)感應(yīng)取電裝置不足以驅(qū)動負載、可以驅(qū)動負載但不足以為可充放電裝置充電、可以驅(qū)動負載且可以為可充放電裝置充電三種情況；所述可充放電裝置的電量由低到高劃分為X、Y、Z三個等級，分別對應(yīng)可充放電裝置的過放電狀態(tài)、正常工況、和電量充滿三種情況；所述轉(zhuǎn)換條件包括：由第一供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第二供電狀態(tài)的BX/BY/BZ/CX/CZ ;由第二供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第一供電狀態(tài)的ΑΧ/ΑΥ/ΑΖ ;由第一供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第三供電狀態(tài)的CY ;由第三供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第一供電狀態(tài)的ΑΧ/ΑΥ/ΑΖ ;由第二供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第三供電狀態(tài)方向的CY ;由第三供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第二供電狀態(tài)的ΒΧ/ΒΥ/ΒΖ/ CX/CZ。
8. 如權(quán)利要求6所述的電源管理方法，其特征在于，所述感應(yīng)取電裝置為可充放電裝置充電是采用變速PWM方式。
9. 如權(quán)利要求8所述的電源管理方法，其特征在于，當(dāng)所述供電狀態(tài)由第一供電狀態(tài) 轉(zhuǎn)換為第三供電狀態(tài)或由第二供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第三供電狀態(tài)時，初始化PWM充電的占空 t匕；當(dāng)維持第三供電狀態(tài)不變時，根據(jù)感應(yīng)取電裝置的電壓調(diào)節(jié)所述占空比，若感應(yīng)取電裝置的電壓偏高，則增大所述占空比以降低感應(yīng)取電裝置的電壓，若感應(yīng)取電裝置的電壓偏低，則減小所述占空比以升高感應(yīng)取電裝置的電壓。
10. 如權(quán)利要求9所述的電源管理方法，其特征在于，選定感應(yīng)取電裝置電壓的若干閾值，對應(yīng)所述閾值劃分的不同閾值區(qū)間以設(shè)定不同的占空比調(diào)節(jié)目標(biāo)和調(diào)節(jié)步長。
11. 如權(quán)利要求10所述的電源管理方法，其特征在于，將所述閾值選定為三個，其由高到低分別為UH、U M和隊；進行下述步驟： (1)判斷感應(yīng)取電裝置的電壓是否>UH，若為是，則以5%的步長增加占空比至調(diào)節(jié)目標(biāo) 50%及以上，然后跳至步驟（4);若為否，則進行下一步； ⑵判斷若感應(yīng)取電裝置的電壓是否〉UM，若為是，則以1 %的步長增加占空比至調(diào)節(jié)目標(biāo)50%及以上，然后跳至步驟（4);若為否，則進行下一步； (3) 判斷感應(yīng)取電裝置的電壓是否〈隊，若為是，則以1 %的步長減小占空比至調(diào)節(jié)目標(biāo) 1%及以下，然后跳至步驟（4);若為否，則進行下一步； (4) 結(jié)束占空比調(diào)節(jié)。
【文檔編號】H02J7/00GK104113126SQ201410362557
【公開日】2014年10月22日申請日期:2014年7月28日優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】刁慕檁申請人:上海載物能源科技有限公司

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