一种可无线充电的配电自动化设备的制作方法

本实用新型涉及电力自动化控制系统领域，具体涉及一种可无线充电的配电自动化设备。

背景技术：

在电力配电自动化设备中，部分数据存储面临无法实现掉电存储或设备自身电源异常的情况下需立即采用板载电源进行供电，以便在电力配电自动化设备供电正常后数据不出现丢失的情况，而多数情况下板载电源由于电源异常而无法启动。由于出现电力配电自动化设备供电中断为异常情况，所以处理人员到达现场后普遍无固定电源可用，因此急需对设备恢复最小数据存储供电，以维持数据有效存在。另外，由于配电自动化设备通常采用标准机柜统一安装，无法快速拆解，因此急需一种无需对设备拆解、可以进行非接触紧急供电的配电自动化设备。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种可无线充电的配电自动化设备解决了现有配电自动化设备一旦出现电源异常数据容易丢失的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种可无线充电的配电自动化设备，其包括处理器，处理器分别连接外部配置数据存储模块、外部实时时钟模块、温度数据采集模块、看门狗、数据存储模块、板载电源模块、无线供电模块、数字IO扩展模块、操作系统存储模块、引导加载程序存储模块、第一以太网通信模块和第二以太网通信模块；

数字IO扩展模块分别连接引导加载程序存储模块、操作系统存储模块、第三以太网通信模块、第四以太网通信模块、数字信号状态采集模块、数字信号状态控制模块、1路B码时钟接收模块和异步串口。

进一步地，无线供电模块包括接收端和发射端；接收端包括依次连接的供电电路、整流滤波电路和接收线圈，供电电路连接处理器；发射端包括依次连接的外部电源、控制电路、线圈驱动电路和发射线圈。

进一步地，整流滤波电路包括并联的电容C1、电容C2和电容C3，并联的电容C1、电容C2和电容C3的一端连接接收线圈，另一端分别连接电容C4、电容C5、电容C6、电容C10、电容C11和芯片BQ51050B的引脚2；电容C4的另一端连接芯片BQ51050B的引脚6，电容C5的另一端连接芯片BQ51050B的引脚5，电容C6的另一端连接芯片BQ51050B的引脚3；

电容C10和电容C11的另一端均连接芯片BQ51050B的引脚19、电容C7、电容C8、电容C9和接收线圈的另一端；电容C7的另一端连接芯片BQ51050B的引脚17，电容C8的另一端连接芯片BQ51050B的引脚16，电容C9的另一端连接芯片BQ51050B的引脚15；芯片BQ51050B的引脚1、引脚20和引脚21均接地。

进一步地，线圈驱动电路包括第一TPS28225芯片，第一TPS28225芯片的引脚6和引脚7同时并联接地电容C13和5V电源， 第一TPS28225芯片的引脚4接地； 第一TPS28225芯片的引脚5通过电阻R25连接MOS场效应管U5的G端，MOS场效应管U5的S端接地，MOS场效应管U5的D端分别连接第一TPS28225芯片的引脚8、按钮SB3和MOS场效应管U4的S端，MOS场效应管U5还通过电容C14连接第一TPS28225芯片的引脚2；第一TPS28225芯片的引脚3连接第一数字脉宽调节器；

MOS场效应管U4的G端通过电阻R24连接第一TPS28225芯片的引脚1，MOS场效应管U4的D端分别连接接地电容C12、接地电容C21、MOS场效应管U7的D端、电阻R26、电阻R34和VIN Drive；电阻R26的另一端分别连接接地电容C22、5V电源和电阻R33；电阻R34的另一端连接运算放大器的引脚3；电阻R33的另一端分别连接运算放大器的引脚4和PNP三极管Q2的发射极；运算放大器的引脚2接地，引脚5并联接地电容C25和5V电源，引脚1连接PNP三极管Q2的基极； PNP三极管Q2的集电极分别连接接地电容C27、接地电阻R37和按钮SB4；

按钮SB3的另一端分别连接并联电容C17-C20和电容C15；电容C15的另一端通过电阻R29分别连接电阻R27、电阻R30、电容C16、电阻R32、二极管D1的正极和二极管D2的负极；电阻R30的另一端分别连接电阻R28、电容C16的另一端、二极管D2的正极和地线；电阻R32通过电阻R31分别连接3V3电源和二极管D1的负极；并联电容C17-C20的另一端分别连接MOS场效应管U7的S端、MOS场效应管U8的D端、电容C24、第二TPS28225芯片的引脚8；

MOS场效应管U7的G端通过电阻R35连接第二TPS28225芯片的引脚1；电容C24的另一端连接第二TPS28225芯片的引脚2； MOS场效应管U8的S端接地，G端通过电阻R36连接第二TPS28225芯片的引脚5；第二TPS28225芯片的引脚6分别连接接地电容C26、第二TPS28225芯片的引脚7和5V电源；第二TPS28225芯片的引脚4接地；第二TPS28225芯片的引脚3连接第二数字脉宽调节器。

进一步地，控制电路包括无线电源发送器管理器，无线电源发送器管理器的型号为BQ500211。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型可以在板载电源出现异常时，由维修人员通过无线供电模块向配电自动化设备提供最小数据存储电源，防止配电自动化设备在维修好前出现掉电数据丢失，便于尽快转移配电自动化设备数据，避免数据丢失带来的额外损失。

2、本实用新型的发射端和接收端在谐振过程中，发射端还会通过谐振波作为载波，接收由接收端发送的固定信号，表明接收端在发射端附近，若无该信号，发送端将自动停止谐振，避免不必要的能量辐射。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为无线供电模块的原理框图；

图3为整流滤波电路的电路原理图；

图4为线圈驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该可无线充电的配电自动化设备包括处理器，处理器分别连接外部配置数据存储模块、外部实时时钟模块、温度数据采集模块、看门狗、数据存储模块、板载电源模块、无线供电模块、数字IO扩展模块、操作系统存储模块、引导加载程序存储模块、第一以太网通信模块和第二以太网通信模块；

数字IO扩展模块分别连接引导加载程序存储模块、操作系统存储模块、第三以太网通信模块、第四以太网通信模块、数字信号状态采集模块、数字信号状态控制模块、1路B码时钟接收模块和异步串口。

如图2所示，无线供电模块包括接收端和发射端；接收端包括依次连接的供电电路、整流滤波电路和接收线圈，供电电路连接处理器；发射端包括依次连接的外部电源、控制电路、线圈驱动电路和发射线圈。

如图3所示，整流滤波电路包括并联的电容C1、电容C2和电容C3，并联的电容C1、电容C2和电容C3的一端连接接收线圈，另一端分别连接电容C4、电容C5、电容C6、电容C10、电容C11和芯片BQ51050B的引脚2；电容C4的另一端连接芯片BQ51050B的引脚6，电容C5的另一端连接芯片BQ51050B的引脚5，电容C6的另一端连接芯片BQ51050B的引脚3；

电容C10和电容C11的另一端均连接芯片BQ51050B的引脚19、电容C7、电容C8、电容C9和接收线圈的另一端；电容C7的另一端连接芯片BQ51050B的引脚17，电容C8的另一端连接芯片BQ51050B的引脚16，电容C9的另一端连接芯片BQ51050B的引脚15；芯片BQ51050B的引脚1、引脚20和引脚21均接地；

接收端的实现原理为：通过接收线圈与电容（图中C4~C6）进行耦合，接收到交流信号，再通过内部集成的整流以及低压线性稳压部分后输出稳定的直流电源。同时在谐振初期，接收端获得供电后将立即同过谐振链路（通过图中C4、C9进行耦合）发送固定信号，通知发送端继续进行谐振，使得充电过程持续。另外，接收端与被供电的数据存储/保持部分可进行直接相连，无需做特殊处理或额外新增电路。

如图4所示，线圈驱动电路包括第一TPS28225芯片，第一TPS28225芯片的引脚6和引脚7同时并联接地电容C13和5V电源， 第一TPS28225芯片的引脚4接地； 第一TPS28225芯片的引脚5通过电阻R25连接MOS场效应管U5的G端，MOS场效应管U5的S端接地，MOS场效应管U5的D端分别连接第一TPS28225芯片的引脚8、按钮SB3和MOS场效应管U4的S端，MOS场效应管U5还通过电容C14连接第一TPS28225芯片的引脚2；第一TPS28225芯片的引脚3连接第一数字脉宽调节器；

MOS场效应管U4的G端通过电阻R24连接第一TPS28225芯片的引脚1，MOS场效应管U4的D端分别连接接地电容C12、接地电容C21、MOS场效应管U7的D端、电阻R26、电阻R34和VIN Drive；电阻R26的另一端分别连接接地电容C22、5V电源和电阻R33；电阻R34的另一端连接运算放大器的引脚3；电阻R33的另一端分别连接运算放大器的引脚4和PNP三极管Q2的发射极；运算放大器的引脚2接地，引脚5并联接地电容C25和5V电源，引脚1连接PNP三极管Q2的基极； PNP三极管Q2的集电极分别连接接地电容C27、接地电阻R37和按钮SB4；

按钮SB3的另一端分别连接并联电容C17-C20和电容C15；电容C15的另一端通过电阻R29分别连接电阻R27、电阻R30、电容C16、电阻R32、二极管D1的正极和二极管D2的负极；电阻R30的另一端分别连接电阻R28、电容C16的另一端、二极管D2的正极和地线；电阻R32通过电阻R31分别连接3V3电源和二极管D1的负极；并联电容C17-C20的另一端分别连接MOS场效应管U7的S端、MOS场效应管U8的D端、电容C24、第二TPS28225芯片的引脚8；

MOS场效应管U7的G端通过电阻R35连接第二TPS28225芯片的引脚1；电容C24的另一端连接第二TPS28225芯片的引脚2； MOS场效应管U8的S端接地，G端通过电阻R36连接第二TPS28225芯片的引脚5；第二TPS28225芯片的引脚6分别连接接地电容C26、第二TPS28225芯片的引脚7和5V电源；第二TPS28225芯片的引脚4接地；第二TPS28225芯片的引脚3连接第二数字脉宽调节器。

电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播，要产生电磁波首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其向空间辐射能力的强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于 100KHz，才有足够的电磁辐射，但过高的电磁辐射强度将影响其他电子设备正常工作，因此本无线供电模块所涉及的谐振频率为125KHz；在谐振过程中，为保证电流处于可测状态，便于判断安全范围，所以在供电处使用取样电阻R26，经过运算放大器以及三极管Q2的电流-电压转换得到与电流正相关的电压值，该电压值将被发射端控制器采集，当超过设定的最大电流可降低谐振频率。同时，电容C15还将耦合线圈上由接收端发送过来的信号，经过R29、R30进行适当分压后接入发射端控制电路进行解调，获得信号，并判断信号的正确性。

在具体实施过程中，控制电路包括无线电源发送器管理器，无线电源发送器管理器的型号为BQ500211，无线电源发送器管理器的主要功能为控制驱动电路，产生谐振。发送端将产生互补输出的PWM(脉宽调制波形)控制场效应管控制器驱动场效应管驱动线圈产生谐振；为了保证安全、不影响其他设备的正常使用，发射端采用10W以内的发射功率，避免大功率的能量在自由空间辐射。

当无线供电模块工作时，发射端靠近接收端后，发射端会主动进行谐振，接收端通过线圈耦合并完成整流实现直流供电。在发射端与接收端建立谐振后，接收端将按一定间隔时间通过谐振路径返回固定存在信号，发射端将判断该存在信号的有效性，若该信号存在，发射端将继续进行谐振，否则自动停止该过程。另外，由于是非接触、自由空间耦合，为保证具备较高耦合效率，需注意将发射端与接收端线圈摆放于同一轴心为佳。

本实用新型相比传统配电自动化设备而言，具备如下优点：

1、传统配电自动化设备通过外部电源供电，虽具备掉电告警等功能，但无法解决极端异常情况下，如外部电源出现供给中断，或因安全原因等无法持续对配电自动化设备供电情形下的基本维护需求。本实用新型可通过外部无线供电方式，获取配电自动化设备内部记录数据，并转移至外部进行存储、分析，便于排查异常原因。

2、本实用新型具备在配电自动化设备的壳体部分区域采用非金属即可，无需物理开孔，进行无线传输的同时不影响壳体的防水性能。

3、本实用新型现场操作简单，仅需将移动电源和发射端靠近接收端的感应区域（天线）即可，可快速实施，无需额外电源线缆，便于给维修人员提供了拆箱、维修时间，防止配电自动化设备在修复前出现掉电、数据丢失的情况。

4、外部电源方式众多，仅需满足5V/1A或以上规格即可。在硬件接口上也采用标准接口，适用面较广。