阅读说明：本技术 一种钢轨电压能量转换电源装置 (rail voltage energy conversion power supply device ) 是由 孟献仪 王浩先 苗金元 张洋 张欢 于 2019-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢轨电压能量转换电源装置,包括：能量转换模块,包括G引脚和D引脚,所述G引脚耦接轨道以接收其电压信号,其中该能量转换模块将轨道的电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号；滤波电路模块,耦接所述能量转换模块以接收所述单脉冲电压信号,并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；充电电路模块,耦接所述滤波电路模块以存储所述直流电压信号；以及稳压供电模块,耦接所述充电电路模块,其中该稳压供电模块控制所述充电电路模块进行升压和放电。该电源装置可以实现杂乱的轨道电压转化成电能并进行存储,避免铺设大量的供电线缆,节约资源,降低工程造价。(The invention discloses a rail voltage energy conversion power supply device, comprising: the energy conversion module comprises a G pin and a D pin, wherein the G pin is coupled with the track to receive a voltage signal of the G pin, and the energy conversion module converts the voltage signal of the track into a stable monopulse voltage signal; the filter circuit module is coupled with the energy conversion module to receive the single pulse voltage signal and convert the single pulse voltage signal into a stable direct current voltage signal; the charging circuit module is coupled with the filter circuit module to store the direct-current voltage signal; and the voltage-stabilizing power supply module is coupled with the charging circuit module, and the voltage-stabilizing power supply module controls the charging circuit module to boost and discharge. This power supply unit can realize that mixed and disorderly track voltage changes the electric energy and carries out the storage, avoids laying a large amount of power supply cables, resources are saved reduces engineering cost.)

一种钢轨电压能量转换电源装置

技术领域

本发明涉及电源设备领域，尤其涉及一种钢轨电压能量转换电源装置。

背景技术

随着目前城市轨道交通已经成为我们生活中日趋重要的一部分，电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电动列车经走行轨、回流线流回牵引变电所。由于走行轨不可能完全绝缘于道床结构，钢轨不可避免地向道床及其它结构泄漏电流，此时钢轨对道床就会有电压变化。这种泄漏电流就是杂散电流；这种电压就是钢轨对道床电压，一般称为轨道电压。

轨道电压会随着电动列车的运行不断变化，还是具有一定的电能；可以把轨道电压转换为稳定电能并存储起来，可以对外提供不间断直流电能。地铁隧道一般都较长，各种监测传感器如果采用电源线供电，需要铺设较多的供电线缆，使工程造价升高。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术存在的问题之一，提供了一种钢轨电压能量转换电源装置，该电源装置可以实现隧道风能的合理利用，避免铺设大量的供电线缆，节约资源，降低工程造价。

为了实现上述目的，本发明提供一种钢轨电压能量转换电源装置，包括：能量转换模块，包括G引脚和D引脚，所述G引脚耦接轨道以接收其电压信号，其中该能量转换模块将轨道的电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号；滤波电路模块，耦接所述能量转换模块以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；充电电路模块，耦接所述滤波电路模块以存储所述直流电压信号；以及稳压供电模块，耦接所述充电电路模块，其中该稳压供电模块控制所述充电电路模块进行升压和放电。

在该技术方案中，由能量转换模块的G引脚耦接轨道以接收其电压信号，并将该电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号，然后由耦接能量转换模块的滤波电路模块接收单脉冲电压信号，将单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号并存储在充电电路模块中，再由稳压供电模块控制所述充电电路模块释放稳定直流电源以供外部使用，利用轨道电压信号的微能量，经能量转换模块，将杂乱的轨道电压转化成电能，实现了对外提供不间断的直流电能，而且该供应装置体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低。

另外，根据本发明的钢轨电压能量转换电源装置，还可以具有如下技术特征：

进一步地，所述能量转换模块包括：电压限幅电路，其与所述轨道相连接，构造为用于对所述电压信号限幅；第一整流电路，所述第一整流电路与所述电压限幅电路相连接，构造为用于接收经过限幅的电压信号并将该电压信号整流成单向脉动电压信号。

进一步地，所述电压限幅电路包括：一连接端子，其耦接于所述G引脚和D引脚之间；一压敏电阻，其第一端与所述连接端子的第一端相连，其第二端与所述连接端子的第二端相连。

优选地，所述电压限幅电路还包括一电阻，其一端耦接至所述连接端子的第一端，其另一端耦接至所述压敏电阻的第一端。

优选地，所述第一整流电路包括：一全波整流电桥，其第一桥端与压敏电阻的第一端相连，其第二桥端与压敏电阻的第二端相连；以及一电容，其并联于所述全波整流电桥的第三桥端和第四桥端，且第四桥端接地。

优选地，所述滤波电路模块包括：依次并联连接的第四电容、第三电容、第一电容和第二电容，且所述第一电容接地；电感，所述电感连接于所述第三电容的第一端和第一电容的第一端之间。

优选地，还包括控制模块，其与所述稳压供电模块电连接，用以控制所述稳压供电模块的通断。

优选地，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块电连接。

根据本发明的钢轨电压能量转换电源装置，其附加技术特征还具有如下技术效果：通过设置滤波电路可以进一步消除电压信号中的脉动成分，给充电电路模块提供稳定的直流电源；通过设置控制模块可以控制所述稳压供电控制模块的通断。

附图说明

图1为电源装置的结构框图；

图2为能量转换模块的电路图；

图3为滤波电路模块的电路图；

图4为充电电路模块的电路图；

图5为稳压供电控制模块的电路图；

图6为控制模块的电路图；

图7为通讯模块的电路图。

图中:能量转换模块10；滤波电路模块20；充电电路模块30；稳压供电模块40；控制模块50；通讯模块60。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1至图7对本发明作进一步说明。

根据本发明的一种钢轨电压能量转换电源装置，如图1-图5所示，包括：能量转换模块10、滤波电路模块20、充电电路模块30和稳压供电模块40。

能量转换模块10，包括G引脚和D引脚，所述G引脚耦接轨道以接收其电压信号，其中该能量转换模块10将轨道的电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号；

滤波电路模块20，耦接所述能量转换模块10以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；

充电电路模块30，耦接所述滤波电路模块20以存储所述直流电压信号；充电电路模块30主要由电源管理器芯片IC1和锂电池BT1组成；IC1的型号是CN3791，它是一款PWM降压型单节锂电池充电管理集成电路，具有涓流，恒流和恒压充电模式。恒流充电电流由CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻RCS设置。在恒压充电模式，恒压充电电压为4.2V，精度为1％；CN3791采用恒电压法跟踪轨道电压的最大功率点，最大功率点跟踪端MPPT管脚的电压被调制在1.205V，配合片外的两个电阻(图4中的R4和R6)构成的分压网络，可以实现对隧道风能的最大功率点进行跟踪；最大功率点电压由下式决定：VMPPT＝1.205×(1+R4/R6)。

稳压供电模块40，耦接所述充电电路模块30，其中该稳压供电模块40控制所述充电电路模块30进行升压和放电。稳压供电控制模块40主要由以FP6291LR-G1为核心的DC-DC升压电路构成；FP6291LR-G1的电源可以手动控制开通，也可以由控制模块控制50开通或关断。

可以理解的是，由能量转换模块10的G引脚耦接轨道以接收其电压信号，并将该电压信号转换成稳定的单脉冲电压信号，然后由耦接能量转换模块10的滤波电路模块20接收单脉冲电压信号，将单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号并存储在充电电路模块30中，再由稳压供电模块40控制所述充电电路模块30释放稳定直流电源以供外部使用，利用轨道电压信号的微能量，经能量转换模块10，将杂乱的轨道电压转化成电能，实现了对外提供不间断的直流电能，而且该供应装置体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低。

在本发明的一个实施例中，所述能量转换模块10包括：电压限幅电路，其与所述轨道相连接，构造为用于对所述电压信号限幅；第一整流电路，所述第一整流电路与所述电压限幅电路相连接，构造为用于接收经过限幅的电压信号并将该电压信号整流成单向脉动电压信号，例如，所述电压限幅电路包括：一连接端子，其耦接于所述G引脚和D引脚之间；一压敏电阻，其第一端与所述连接端子的第一端相连，其第二端与所述连接端子的第二端相连，即主要由压敏电阻和整流二极管组成；在本发明的一个实施例中，所述电压限幅电路还包括一电阻，其一端耦接至所述连接端子的第一端，其另一端耦接至所述压敏电阻的第一端。在压敏电阻前设计有电阻，防止回路过流；整流二极管，将正负交替的轨道电压整流成为单向脉动电压，但是这种单向脉动电压包含很大的脉动成分，并非是理想直流电压，整流二极管后端有滤波电容，初步滤除脉动成分。优选地，所述第一整流电路包括：一全波整流电桥，其第一桥端与压敏电阻的第一端相连，其第二桥端与压敏电阻的第二端相连；以及一电容，其并联于所述全波整流电桥的第三桥端和第四桥端，且第四桥端接地，具体地，电压限幅电路把轨道电压限制在100V以内，而第一整流电路利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的轨道电压整流成为单向脉动电压，但是，这中单向脉动电压包含很大的脉动成分，并非是理想的直流电压。

如图3所示，所述滤波电路包括：依次并联连接的第四电容、第三电容、第一电容和第二电容，且所述第一电容接地；电感，所述电感连接于所述第三电容的第一端和第一电容的第一端之间，也就是说，该LC滤波电路可以进一步消除电压信号中的脉动成分，给充电电路模块30提供稳定的直流电源。

如图6所示，还包括控制模块50，其与所述稳压供电模块40电连接，用以控制所述稳压供电模块40的通断，例如，在本发明中，控制模块50主要由单片机芯片STC15W102SOP8构成，实时检测锂电池电压情况及按钮状态，并控制稳压供电模块40的电源开通或关断；当锂电池放电低于20％的电量后，控制模块50控制电子开关管Q2，断开稳压供电模块的电源；当锂电池重新进入充电模式后，锂电池控模块控制电子开关管Q2，开通稳压供电模块的电源。

如图7所示，还包括通讯模块60，所述通讯模块60与所述控制模块50电连接，通讯模块60主要由RS485集成通讯模块60TD301D485H-A构成，构建了RS485通讯接口。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。本领域技术人员可以理解的是，上文中描述的本发明的多个实施例中的各个特征可以相应地省去、添加或者以任意方式组合。并且，本领域技术人员能够想到的简单变换方式以及对现有技术做出适应性和功能性的结构变换的方案，都属于本发明的保护范围。