一種可無線充電的配電自動化設備的制作方法

本實用新型涉及電力自動化控制系統領域，具體涉及一種可無線充電的配電自動化設備。

背景技術：

在電力配電自動化設備中，部分數據存儲面臨無法實現掉電存儲或設備自身電源異常的情況下需立即采用板載電源進行供電，以便在電力配電自動化設備供電正常后數據不出現丟失的情況，而多數情況下板載電源由于電源異常而無法啟動。由于出現電力配電自動化設備供電中斷為異常情況，所以處理人員到達現場后普遍無固定電源可用，因此急需對設備恢復最小數據存儲供電，以維持數據有效存在。另外，由于配電自動化設備通常采用標準機柜統一安裝，無法快速拆解，因此急需一種無需對設備拆解、可以進行非接觸緊急供電的配電自動化設備。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述不足，本實用新型提供的一種可無線充電的配電自動化設備解決了現有配電自動化設備一旦出現電源異常數據容易丟失的問題。

為了達到上述發明目的，本實用新型采用的技術方案為：

提供一種可無線充電的配電自動化設備，其包括處理器，處理器分別連接外部配置數據存儲模塊、外部實時時鐘模塊、溫度數據采集模塊、看門狗、數據存儲模塊、板載電源模塊、無線供電模塊、數字IO擴展模塊、操作系統存儲模塊、引導加載程序存儲模塊、第一以太網通信模塊和第二以太網通信模塊；

數字IO擴展模塊分別連接引導加載程序存儲模塊、操作系統存儲模塊、第三以太網通信模塊、第四以太網通信模塊、數字信號狀態采集模塊、數字信號狀態控制模塊、1路B碼時鐘接收模塊和異步串口。

進一步地，無線供電模塊包括接收端和發射端；接收端包括依次連接的供電電路、整流濾波電路和接收線圈，供電電路連接處理器；發射端包括依次連接的外部電源、控制電路、線圈驅動電路和發射線圈。

進一步地，整流濾波電路包括并聯的電容C1、電容C2和電容C3，并聯的電容C1、電容C2和電容C3的一端連接接收線圈，另一端分別連接電容C4、電容C5、電容C6、電容C10、電容C11和芯片BQ51050B的引腳2；電容C4的另一端連接芯片BQ51050B的引腳6，電容C5的另一端連接芯片BQ51050B的引腳5，電容C6的另一端連接芯片BQ51050B的引腳3；

電容C10和電容C11的另一端均連接芯片BQ51050B的引腳19、電容C7、電容C8、電容C9和接收線圈的另一端；電容C7的另一端連接芯片BQ51050B的引腳17，電容C8的另一端連接芯片BQ51050B的引腳16，電容C9的另一端連接芯片BQ51050B的引腳15；芯片BQ51050B的引腳1、引腳20和引腳21均接地。

進一步地，線圈驅動電路包括第一TPS28225芯片，第一TPS28225芯片的引腳6和引腳7同時并聯接地電容C13和5V電源， 第一TPS28225芯片的引腳4接地； 第一TPS28225芯片的引腳5通過電阻R25連接MOS場效應管U5的G端，MOS場效應管U5的S端接地，MOS場效應管U5的D端分別連接第一TPS28225芯片的引腳8、按鈕SB3和MOS場效應管U4的S端，MOS場效應管U5還通過電容C14連接第一TPS28225芯片的引腳2；第一TPS28225芯片的引腳3連接第一數字脈寬調節器；

MOS場效應管U4的G端通過電阻R24連接第一TPS28225芯片的引腳1，MOS場效應管U4的D端分別連接接地電容C12、接地電容C21、MOS場效應管U7的D端、電阻R26、電阻R34和VIN Drive；電阻R26的另一端分別連接接地電容C22、5V電源和電阻R33；電阻R34的另一端連接運算放大器的引腳3；電阻R33的另一端分別連接運算放大器的引腳4和PNP三極管Q2的發射極；運算放大器的引腳2接地，引腳5并聯接地電容C25和5V電源，引腳1連接PNP三極管Q2的基極； PNP三極管Q2的集電極分別連接接地電容C27、接地電阻R37和按鈕SB4；

按鈕SB3的另一端分別連接并聯電容C17-C20和電容C15；電容C15的另一端通過電阻R29分別連接電阻R27、電阻R30、電容C16、電阻R32、二極管D1的正極和二極管D2的負極；電阻R30的另一端分別連接電阻R28、電容C16的另一端、二極管D2的正極和地線；電阻R32通過電阻R31分別連接3V3電源和二極管D1的負極；并聯電容C17-C20的另一端分別連接MOS場效應管U7的S端、MOS場效應管U8的D端、電容C24、第二TPS28225芯片的引腳8；

MOS場效應管U7的G端通過電阻R35連接第二TPS28225芯片的引腳1；電容C24的另一端連接第二TPS28225芯片的引腳2； MOS場效應管U8的S端接地，G端通過電阻R36連接第二TPS28225芯片的引腳5；第二TPS28225芯片的引腳6分別連接接地電容C26、第二TPS28225芯片的引腳7和5V電源；第二TPS28225芯片的引腳4接地；第二TPS28225芯片的引腳3連接第二數字脈寬調節器。

進一步地，控制電路包括無線電源發送器管理器，無線電源發送器管理器的型號為BQ500211。

本實用新型的有益效果為：

1、本實用新型可以在板載電源出現異常時，由維修人員通過無線供電模塊向配電自動化設備提供最小數據存儲電源，防止配電自動化設備在維修好前出現掉電數據丟失，便于盡快轉移配電自動化設備數據，避免數據丟失帶來的額外損失。

2、本實用新型的發射端和接收端在諧振過程中，發射端還會通過諧振波作為載波，接收由接收端發送的固定信號，表明接收端在發射端附近，若無該信號，發送端將自動停止諧振，避免不必要的能量輻射。

附圖說明

圖1為本實用新型的原理框圖；

圖2為無線供電模塊的原理框圖；

圖3為整流濾波電路的電路原理圖；

圖4為線圈驅動電路的電路原理圖。

具體實施方式

下面對本實用新型的具體實施方式進行描述，以便于本技術領域的技術人員理解本實用新型，但應該清楚，本實用新型不限于具體實施方式的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本實用新型的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本實用新型構思的發明創造均在保護之列。

如圖1所示，該可無線充電的配電自動化設備包括處理器，處理器分別連接外部配置數據存儲模塊、外部實時時鐘模塊、溫度數據采集模塊、看門狗、數據存儲模塊、板載電源模塊、無線供電模塊、數字IO擴展模塊、操作系統存儲模塊、引導加載程序存儲模塊、第一以太網通信模塊和第二以太網通信模塊；

數字IO擴展模塊分別連接引導加載程序存儲模塊、操作系統存儲模塊、第三以太網通信模塊、第四以太網通信模塊、數字信號狀態采集模塊、數字信號狀態控制模塊、1路B碼時鐘接收模塊和異步串口。

如圖2所示，無線供電模塊包括接收端和發射端；接收端包括依次連接的供電電路、整流濾波電路和接收線圈，供電電路連接處理器；發射端包括依次連接的外部電源、控制電路、線圈驅動電路和發射線圈。

如圖3所示，整流濾波電路包括并聯的電容C1、電容C2和電容C3，并聯的電容C1、電容C2和電容C3的一端連接接收線圈，另一端分別連接電容C4、電容C5、電容C6、電容C10、電容C11和芯片BQ51050B的引腳2；電容C4的另一端連接芯片BQ51050B的引腳6，電容C5的另一端連接芯片BQ51050B的引腳5，電容C6的另一端連接芯片BQ51050B的引腳3；

電容C10和電容C11的另一端均連接芯片BQ51050B的引腳19、電容C7、電容C8、電容C9和接收線圈的另一端；電容C7的另一端連接芯片BQ51050B的引腳17，電容C8的另一端連接芯片BQ51050B的引腳16，電容C9的另一端連接芯片BQ51050B的引腳15；芯片BQ51050B的引腳1、引腳20和引腳21均接地；

接收端的實現原理為：通過接收線圈與電容（圖中C4~C6）進行耦合，接收到交流信號，再通過內部集成的整流以及低壓線性穩壓部分后輸出穩定的直流電源。同時在諧振初期，接收端獲得供電后將立即同過諧振鏈路（通過圖中C4、C9進行耦合）發送固定信號，通知發送端繼續進行諧振，使得充電過程持續。另外，接收端與被供電的數據存儲/保持部分可進行直接相連，無需做特殊處理或額外新增電路。

如圖4所示，線圈驅動電路包括第一TPS28225芯片，第一TPS28225芯片的引腳6和引腳7同時并聯接地電容C13和5V電源， 第一TPS28225芯片的引腳4接地； 第一TPS28225芯片的引腳5通過電阻R25連接MOS場效應管U5的G端，MOS場效應管U5的S端接地，MOS場效應管U5的D端分別連接第一TPS28225芯片的引腳8、按鈕SB3和MOS場效應管U4的S端，MOS場效應管U5還通過電容C14連接第一TPS28225芯片的引腳2；第一TPS28225芯片的引腳3連接第一數字脈寬調節器；

MOS場效應管U4的G端通過電阻R24連接第一TPS28225芯片的引腳1，MOS場效應管U4的D端分別連接接地電容C12、接地電容C21、MOS場效應管U7的D端、電阻R26、電阻R34和VIN Drive；電阻R26的另一端分別連接接地電容C22、5V電源和電阻R33；電阻R34的另一端連接運算放大器的引腳3；電阻R33的另一端分別連接運算放大器的引腳4和PNP三極管Q2的發射極；運算放大器的引腳2接地，引腳5并聯接地電容C25和5V電源，引腳1連接PNP三極管Q2的基極； PNP三極管Q2的集電極分別連接接地電容C27、接地電阻R37和按鈕SB4；

按鈕SB3的另一端分別連接并聯電容C17-C20和電容C15；電容C15的另一端通過電阻R29分別連接電阻R27、電阻R30、電容C16、電阻R32、二極管D1的正極和二極管D2的負極；電阻R30的另一端分別連接電阻R28、電容C16的另一端、二極管D2的正極和地線；電阻R32通過電阻R31分別連接3V3電源和二極管D1的負極；并聯電容C17-C20的另一端分別連接MOS場效應管U7的S端、MOS場效應管U8的D端、電容C24、第二TPS28225芯片的引腳8；

MOS場效應管U7的G端通過電阻R35連接第二TPS28225芯片的引腳1；電容C24的另一端連接第二TPS28225芯片的引腳2； MOS場效應管U8的S端接地，G端通過電阻R36連接第二TPS28225芯片的引腳5；第二TPS28225芯片的引腳6分別連接接地電容C26、第二TPS28225芯片的引腳7和5V電源；第二TPS28225芯片的引腳4接地；第二TPS28225芯片的引腳3連接第二數字脈寬調節器。

電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產生電磁波首先要有電磁振蕩，電磁波的頻率越高其向空間輻射能力的強度就越大，電磁振蕩的頻率至少要高于 100KHz，才有足夠的電磁輻射，但過高的電磁輻射強度將影響其他電子設備正常工作，因此本無線供電模塊所涉及的諧振頻率為125KHz；在諧振過程中，為保證電流處于可測狀態，便于判斷安全范圍，所以在供電處使用取樣電阻R26，經過運算放大器以及三極管Q2的電流-電壓轉換得到與電流正相關的電壓值，該電壓值將被發射端控制器采集，當超過設定的最大電流可降低諧振頻率。同時，電容C15還將耦合線圈上由接收端發送過來的信號，經過R29、R30進行適當分壓后接入發射端控制電路進行解調，獲得信號，并判斷信號的正確性。

在具體實施過程中，控制電路包括無線電源發送器管理器，無線電源發送器管理器的型號為BQ500211，無線電源發送器管理器的主要功能為控制驅動電路，產生諧振。發送端將產生互補輸出的PWM(脈寬調制波形)控制場效應管控制器驅動場效應管驅動線圈產生諧振；為了保證安全、不影響其他設備的正常使用，發射端采用10W以內的發射功率，避免大功率的能量在自由空間輻射。

當無線供電模塊工作時，發射端靠近接收端后，發射端會主動進行諧振，接收端通過線圈耦合并完成整流實現直流供電。在發射端與接收端建立諧振后，接收端將按一定間隔時間通過諧振路徑返回固定存在信號，發射端將判斷該存在信號的有效性，若該信號存在，發射端將繼續進行諧振，否則自動停止該過程。另外，由于是非接觸、自由空間耦合，為保證具備較高耦合效率，需注意將發射端與接收端線圈擺放于同一軸心為佳。

本實用新型相比傳統配電自動化設備而言，具備如下優點：

1、傳統配電自動化設備通過外部電源供電，雖具備掉電告警等功能，但無法解決極端異常情況下，如外部電源出現供給中斷，或因安全原因等無法持續對配電自動化設備供電情形下的基本維護需求。本實用新型可通過外部無線供電方式，獲取配電自動化設備內部記錄數據，并轉移至外部進行存儲、分析，便于排查異常原因。

2、本實用新型具備在配電自動化設備的殼體部分區域采用非金屬即可，無需物理開孔，進行無線傳輸的同時不影響殼體的防水性能。

3、本實用新型現場操作簡單，僅需將移動電源和發射端靠近接收端的感應區域（天線）即可，可快速實施，無需額外電源線纜，便于給維修人員提供了拆箱、維修時間，防止配電自動化設備在修復前出現掉電、數據丟失的情況。

4、外部電源方式眾多，僅需滿足5V/1A或以上規格即可。在硬件接口上也采用標準接口，適用面較廣。