一种短路接地故障指示器的供电电源

技术领域

本发明涉及配网自动化设备技术领域，特别是涉及一种短路接地故障指示器的供电电源。

背景技术

短路接地故障指示器，是用来检测短路及接地故障的重要设备，当配电线路发生故障时，巡线人员可以借助指示器的报警显示，快速确定故障区段，并查找出故障点。

目前，现有的短路接地故障指示器使用的锂亚电池供电不能充电，一旦在使用过程中电池欠压达不到故障指示的需要，出现该问题不能及时发现，故障指示器就失去效用。因此，每隔几年都要更换短路接地故障指示器的电池，不仅浪费了大量的人力、物力，而且也增加了运营成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种短路接地故障指示器的供电电源。

为此，本发明提供了一种短路接地故障指示器的供电电源，包括直流供电电源模块、电源和电池输出切换电路以及电池，其中：

直流供电电源模块，包括输入端滤波电路和降压式变换电路，其中，输入端滤波电路用于将外部输入的直流供电电压进行整流滤波，然后输出给降压式变换电路；降压式变换电路，用于接收经过整流滤波处理的直流供电电压，然后进行电压转换，获得短路接地故障指示器所需要的工作电压后向外输出；

电池，与电源和电池输出切换电路相连接，用于输出额定的工作电压；

电源和电池输出切换电路，分别与直流供电电源模块的电压输出端和电池的电压输出端相连接，用于实时检测直流供电电源模块的电压输出端和电池的电压输出端的电压值，当直流供电电源模块的电压输出端的输出电压为正常工作电压值时，将直流供电电源模块的电压输出端与短路接地故障指示器的电压输入端接通，实现导电连接；

而当直流供电电源模块的电压输出端的输出电压小于预设异常电压值时，实时将电池的电压输出端与短路接地故障指示器的电压输入端相接通，并切断直流供电电源模块的电压输出端与短路接地故障指示器的电压输入端之间的导电连接。

其中，输入的直流供电电压的电压范围为：48

其中，输入端滤波电路，包括第一电压输入端CN1、保险丝F1、电解电容C1、电解电容C2、电感L1和电感L0；

第一电压输入端CN1，用于输入外部的直流供电电压；

第一电压输入端CN1的正极输入端，与保险丝F1的一端相接；

保险丝F1的另一端，分别与电感L1的一端、电感L0的一端和电解电容C1的正极相接；

电解电容C1的负极，与第一电压输入端CN1的负极输入端相接。

其中，降压式变换电路，包括电压转换芯片A101；

所述电压转换芯片A101包括针脚1～6；

在电压转换芯片A101中，针脚5分别与电感L1的另一端、电感L0的另一端、电解电容C2的正极、电容C101的一端和电阻R101的一端相接；

针脚4，分别接电阻R101的另一端、电阻R102的一端和电容C102的一端；

针脚3，分别接电容C103的一端、电阻R104的一端、电阻R105的一端和电阻R106的一端；

针脚2，与第一电压输入端CN1的负极输入端相接；

针脚1，依次通过电阻R103和电容C104，与针脚6相接；

针脚6，还分别与二极管D101的负极和电感L2的一端相接；

电感L2的另一端，分别接电阻R105的另一端、电容C105的一端、电解电容C3的正极和电容C106的一端；

电容C105的另一端和电阻R106的另一端相接。

其中，电源和电池输出切换电路，包括二极管D102、二极管D103、电阻R107、电阻R108、电阻R109、三极管Q1、电阻R110和第二电压输入端CN2；

三极管Q1的集电极，分别接二极管D102的负极和二极管D103的负极；

三极管Q1的基极，分别接电阻R108的一端、电阻R109的一端和电阻R110的一端；

三极管Q1的发射极，分别接电阻R110的另一端和第二电压输入端CN2的正极相接；

第二电压输入端CN2，用于连接电池的两端，用于输入电池的电压；

二极管D102的正极、二极管D103的正极、电阻R108的另一端和电阻R109的另一端，分别与电感L2的另一端和电阻R107的一端相接。

其中，电源和电池切换电路与短路接地故障指示器的电压输入端之间，还连接有一个输出端滤波电路，用于对直流供电电源模块的电压输出端以及电池的电压输出端所输出的电压，进行滤波。

其中，输出端滤波电路，包括电解电容C4、电容C107、电阻R111和电压输出端CN3；

其中，电源和电池输出切换电路中的三极管Q1的集电极(2脚)，分别与电解电容C4的正极、电容C107的一端、电阻R111的一端和电压输出端CN3的正极相接；

电解电容C4的负极、电容C107的另一端和电阻R111的另一端，与电压输出端CN3的负极输出端相接；

电压输出端CN3，用于连接短路接地故障指示器的电压输入端。

其中，第一电压输入端CN1的负极输入端、第二电压输入端CN2的负极输入端和电压输出端CN3的负极输出端相连；

电解电容C2的负极、电容C101的另一端、电阻R102的另一端和电容C102的另一端，分别与第一电压输入端CN1的负极输入端相接；

二极管D101的正极，与第一电压输入端CN1的负极输入端相接；

电解电容C3的负极、电容C106的另一端和电阻R107的另一端，分别与第一电压输入端CN1的负极输入端相接。

其中，电池为锂电充电电池。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种短路接地故障指示器的供电电源，其设计科学，很好的解决了传统短路接地故障指示器仅能利用电池供电时，如果电池没电，导致故障指示器就失效的问题，本发明能够在电池及电源控制器之间无间歇切换，使短路接地故障指示器在任何情况下都不会掉电，实现持续可靠地工作，保证短路接地故障指示器长期正常指示(电源寿命可达30年)，具有重大的生产实践意义。

本发明可以解决目前存在的每隔几年都要更换故障指示器的电池的问题，节省了大量的人力、物力，有效降低了电力企业的运营成本，具有行业全面推广性。

附图说明

图1为本发明提供的一种短路接地故障指示器的供电电源的电气原理图；

图2为本发明提供的一种短路接地故障指示器的供电电源的整体电路图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1、图2，本发明提供了一种短路接地故障指示器的供电电源，包括直流供电电源模块(即DC/DC电源模块)、电源和电池输出切换电路300以及电池，其中：

直流供电电源模块(即DC/DC电源模块)，包括输入端滤波电路100和降压式变换电路200，其中，输入端滤波电路100用于将外部输入的直流供电电压进行整流滤波，然后输出给降压式变换电路200；降压式变换电路200，用于接收经过整流滤波处理的直流供电电压，然后进行电压转换(例如降压)，获得短路接地故障指示器所需要的工作电压后向外输出(具体是为了输出给短路接地故障指示器使用)；

电池，与电源和电池输出切换电路300相连接，用于输出额定的工作电压(例如电池的输出电压，是3.6V额定的工作电压)；

电源和电池输出切换电路300(作为电压检测电路)，分别与直流供电电源模块的电压输出端和电池的电压输出端(即下文所述的第二电压输入端CN2)相连接，用于实时检测直流供电电源模块的电压输出端和电池的电压输出端的电压值，当直流供电电源模块的电压输出端的输出电压为正常工作电压值(例如3.6V，该值是本发明的供电电源，在直流供电电源模块正常工作时，整个供电电源电路的输出电压值，也是直流供电电源模块在正常工作时的输出电压值)时，将直流供电电源模块的电压输出端与短路接地故障指示器的电压输入端接通，实现导电连接；

而当直流供电电源模块的电压输出端的输出电压小于预设异常电压值(具体为：小于电池的3.6V的输出电压与0.2V的三极管Q1的饱和压降Vce之差，说明异常)时，实时将电池的电压输出端与短路接地故障指示器的电压输入端相接通，并切断直流供电电源模块的电压输出端与短路接地故障指示器的电压输入端之间的导电连接。

在本发明中，具体实现上，电源和电池切换电路300与短路接地故障指示器的电压输入端之间，还连接有一个输出端滤波电路400，用于对直流供电电源模块的电压输出端以及电池的电压输出端所输出的电压，进行滤波。

在本发明中，具体实现上，外部输入的直流供电电压的电压范围为：DC48

参见图2所示，本发明提供的一种短路接地故障指示器的供电电源，具体包括输入端滤波电路100、降压式变换电路200、电源和电池输出切换电路300以及输出端滤波电路400；

其中，直流供电电源模块(即DC/DC电源模块)包括输入端滤波电路100、降压式变换电路200；

在本发明中，具体实现上，输入端滤波电路100，包括第一电压输入端CN1、保险丝F1、电解电容C1、电解电容C2、电感L1和电感L0；

第一电压输入端CN1，用于输入外部的直流供电电压；

第一电压输入端CN1的正极输入端，与保险丝F1的一端相接；

保险丝F1的另一端，分别与电感L1的一端、电感L0的一端和电解电容C1的正极相接；

电解电容C1的负极，与第一电压输入端CN1的负极输入端相接。

在本发明中，具体实现上，降压式变换电路200，包括电压转换芯片A101；

所述电压转换芯片A101包括针脚1～6；

在电压转换芯片A101中，针脚5分别与电感L1的另一端、电感L0的另一端、电解电容C2的正极、电容C101的一端和电阻R101的一端相接；

针脚4，分别接电阻R101的另一端、电阻R102的一端和电容C102的一端；

针脚3，分别接电容C103的一端、电阻R104的一端、电阻R105的一端和电阻R106的一端；

针脚2，与第一电压输入端CN1的负极输入端相接；

针脚1，依次通过电阻R103和电容C104，与针脚6相接；

针脚6，还分别与二极管D101的负极和电感L2的一端相接；

电感L2的另一端，分别接电阻R105的另一端、电容C105的一端、电解电容C3的正极和电容C106的一端；

电容C105的另一端和电阻R106的另一端相接。

在本发明中，具体实现上，电源和电池输出切换电路300，包括二极管D102、二极管D103、电阻R107、电阻R108、电阻R109、三极管Q1、电阻R110和第二电压输入端CN2；

三极管Q1的集电极(即2脚)，分别接二极管D102的负极和二极管D103的负极；

三极管Q1的基极(即3脚)，分别接电阻R108的一端、电阻R109的一端和电阻R110的一端；

三极管Q1的发射极(即1脚)，分别接电阻R110的另一端和第二电压输入端CN2的正极相接；

第二电压输入端CN2，用于连接电池的两端，用于输入电池的电压；

二极管D102的正极、二极管D103的正极、电阻R108的另一端和电阻R109的另一端，分别与电感L2的另一端和电阻R107的一端相接。

在本发明中，具体实现上，输出端滤波电路400，包括电解电容C4、电容C107、电阻R111和电压输出端CN3；

其中，电源和电池输出切换电路300中的三极管Q1的集电极(2脚)，分别与电解电容C4的正极、电容C107的一端、电阻R111的一端和电压输出端CN3的正极相接；

电解电容C4的负极、电容C107的另一端和电阻R111的另一端，与电压输出端CN3的负极输出端相接；

电压输出端CN3，用于连接需要用电的短路接地故障指示器的电压输入端。

具体实现上，第一电压输入端CN1的负极输入端、第二电压输入端CN2的负极输入端和电压输出端CN3的负极输出端相连。

具体实现上，电解电容C2的负极、电容C101的另一端、电阻R102的另一端和电容C102的另一端，分别与第一电压输入端CN1的负极输入端相接；

二极管D101的正极，与第一电压输入端CN1的负极输入端相接；

电解电容C3的负极、电容C106的另一端和电阻R107的另一端，分别与第一电压输入端CN1的负极输入端相接。

在本发明中，所述保险丝F1在电路中起到的作用为过电流保护作用，具体实现上，保险丝还可以由其他的过电流保护器件代替。

在本发明中，具体实现上，输入端滤波电路100(即输入端PI型滤波器)包括第一电压输入端CN1、保险丝F1、电解电容C1、电解电容C2、电感L1和电感L0等多个组件。

具体实现上，降压式变换电路200(BUCK降压电路)，包括电阻R101、电阻R102、电容C102、电压转换芯片A101、电容C104、电阻R103、电容C103、电阻R104、二极管D101、电感L2、电阻R105、电阻R106、电容C105、电容C3和电容C106等多个组件。

具体实现上，电源(即直流供电电源模块)和电池切换电路300，包括二极管D102、二极管D103、电阻R107、电阻R108、电阻R109、三极管Q1、电阻R110和第二电压输入端CN2等多个组件。

具体实现上，输出端滤波电路400包括电解电容C4、电容C107、电阻R111和电压输出端CN3。

具体实现上，电压转换芯片是自身具有过流过压保护功能的电压转换芯片，能够发挥过流过压保护功能。因此，当电路在过流过压时，可以有效保护，待过流过压故障消失时，电压转换芯片可以再次恢复正常工作。

在本发明中，具体实现上，输出端滤波电路400，具体用于将电压转换芯片输出的高频电压信号，通过整流滤波，把高频信号滤除，输出稳定的直流电压。

具体实现上，电压转换芯片作为主要器件，具体采用高稳定性的芯片，例如美国TI、NS、ST等知名品牌厂家生产的电压转换芯片，负责主要的DC/DC供电。

需要说明的是，对于本发明，其是一款高性能DC-DC电源控制器(简称：电源控制器)，本发明能在电池及直流供电电源模块之间进行无间歇切换，使短路接地故障指示器在任何情况下都不会掉电，电源寿命可达30年，以使短路接地故障指示器正常指示。

在本发明中，本发明作为电源控制器，主要采用高电压到低电压之间的转换，可以检测直流供电电源模块输出端的高低电平驱动信号，从而进一步控制电池及直流供电电源模块之间的无间歇切换作用。

具体实现上，该电源控制器主要器件采用高稳定性的芯片，如美国TI，NS，ST等知名品牌厂家。

在本发明中，所进行的电压检测，主要包括：一是检测电池的电压；二是检测DC/DC电源模块(即直流供电电源模块)的输出电压。

在本发明中，具体实现上，电池优选为采用锂电充电电池，当短路接地故障指示器的输入端供电电压异常(即直流供电电源模块的电压输出端的输出电压异常)，或者DC/DC电源模块(即直流供电电源模块)工作异常时，通过电源和电池切换电路300(作为电压检测电路)，可以控制使用电池向短路接地故障指示器进行供电。

在本发明中，具体实现上，电压转换芯片A101为现有的电压转换芯片，例如可以采用美国芯源系统有限公司生产的型号为MP2459的开关型变换器。该开关型变换是一个降压、内置功率MOSFET的开关型变换器，峰值输出电流0.5A，工作在4.5V至55V的宽输入范围，效率高达90％，电流模式控制使瞬态响应快速，系统环路稳定。故障状态的保护包括周期电流限制和热关断。

需要说明的是，对于型号MP2459的开关型变换器，其包括6个管脚，各管脚的功能具体为：1脚是BST端：引导端。在SW和BS之间连接一个电容，形成一个变动的供应电源开关驱动。2脚是GND端：所有内部电路接地参考。3脚是FB端：反馈端。设置输出电压。连接到一个外部分压电阻的输出接地。4脚是EN端：开/关端。将在1.2V以上启动。5脚是IN端：输入电源电压。6脚是SW端：开关输出。

为了更加清楚地理解本发明，下面说明本发明的工作原理。

参见图2所示，对于电源和电池切换电路300，图中的二极管D102和D103，利用二极管的单向导电性，防止倒灌，检测此二极管两端电压作为三极管Q1的开关信号，当电源(即直流供电电源模块，DC/DC电源模块)输出电压正常时，即二极管D102、D103正向导通，三极管Q1的1、3脚(1脚为发射极，2脚为基极)电压为0，三极管Q1关断，电池处于待机状态，本发明的供电电源的输出电压由直流供电电源模块(即DC/DC电源模块)提供；当电源(即直流供电电源模块，DC/DC电源模块)输出电压异常时，三极管Q1的1、3脚正向导通，三极管Q1导通，二极管D102、D103反向截止，本发明的供电电源的输出电压由电池供电。

需要说明的是，对于本发明，利用Q1三极管NPN的特性，三极管Q1的饱和压降Vce为0.2V。

对于本发明的供电电源整体电路，该电路中正常工作时的输出电压为3.6V，当直流供电电源模块的电压输出端的输出电压小于预设异常电压值，即小于电池的电压V(等于3.6V)与三极管Q1的饱和压降Vce(即0.2V)之差时，三极管Q1饱和导通，整个供电电源电路由原先的直流供电电源模块供电，切换为由电池供电，这时候，整个供电电源电路的输出电压等于电池的电压V与三极管Q1的饱和压降Vce(即0.2V)之差。

与现有技术相比较，本发明提供的短路接地故障指示器的供电电源，具有如下有益效果：

1、对于本发明，在平时工作时，可以采用DC/DC电源模块(即直流供电电源模块)对短路接地故障指示器进行供电，当DC/DC电源模块供电失效后，则控制无缝切换到由电池供电；

2、对于本发明，可以检测DC/DC电源模块(即直流供电电源模块)的输出电压及电池的电压，然后根据检测结果，选择DC/DC电源模块(即直流供电电源模块)的电压输出或者电池的电压输出；

3、本发明的技术方案，解决了每隔几年都要更换故障指示器的电池的问题，安全性和可靠性高，节省了大量的人力、物力，有效降低了电力企业的运营成本。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种短路接地故障指示器的供电电源，其设计科学，很好的解决了传统短路接地故障指示器仅能利用电池供电时，如果电池没电，导致故障指示器就失效的问题，本发明能够在电池及电源控制器之间无间歇切换，使短路接地故障指示器在任何情况下都不会掉电，实现持续可靠地工作，保证短路接地故障指示器长期正常指示(电源寿命可达30年)，具有重大的生产实践意义。

本发明可以解决目前存在的每隔几年都要更换故障指示器的电池的问题，节省了大量的人力、物力，有效降低了电力企业的运营成本，具有行业全面推广性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。