采用非接觸供電方式的超級(jí)電容充電方案

　　本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)非接觸供電(CPS)方式來(lái)給超級(jí)電容充電，超級(jí)電容要求能夠驅(qū)動(dòng)12V,100W電機(jī)。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

　　如上圖所示本次設(shè)計(jì)是利用整流器將兩相或三相工頻交流電源經(jīng)過(guò)整流濾波成直流電源，經(jīng)過(guò)整流濾波后的直流電源將向高頻逆變電路的輸入端提供，經(jīng)過(guò)逆變電路的高頻逆變

　　之后的高頻交變電流輸入到初級(jí)線圈端，經(jīng)電磁感應(yīng)在次級(jí)產(chǎn)生相應(yīng)頻率的感應(yīng)電流，經(jīng)過(guò)整流濾波及電壓電流調(diào)節(jié)裝置后給超級(jí)電容充電。

　　{C}一、{C}系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　CPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)方面：電路設(shè)計(jì)(包括原邊電路設(shè)計(jì)和副邊電路設(shè)計(jì))、電源參數(shù)選擇(原邊電流大小、系統(tǒng)工作頻率、副邊電流大小)、鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(線圈繞組參數(shù))。

　　{C}1、{C}整流濾波電路設(shè)計(jì)：

　　D1~D4 這4 個(gè)整流二極管組成單相橋式整流電路，并聯(lián)電容C 進(jìn)行濾波。整流電路采用全橋整流濾波，濾波后輸出的電壓平均值為輸入交流電壓AC有效值的1.2 倍。

　　{C}2、{C}高頻逆變電路設(shè)計(jì)：

　　主要是利用MCU控制功率開(kāi)關(guān)管通斷的方式進(jìn)行高頻逆變，高頻逆變的實(shí)現(xiàn)電路，一般采用下圖 所示的MOSFET 管組成的全橋逆變諧振電路的原理圖來(lái)實(shí)現(xiàn)，在其中采用M1,M2,M3,M4 共四個(gè)MOSFET 管，通常采用雙極性控制方式進(jìn)行控制，開(kāi)關(guān)管M1,M4 同相工作，開(kāi)關(guān)管M2,M3 同相工作，同時(shí)保證同一橋臂的開(kāi)關(guān)管不同時(shí)導(dǎo)通，以避免短路。通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)管的通斷實(shí)現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，完成逆變。

　　同時(shí)，非接觸供電系統(tǒng)中，逆變后一般需要采用諧振補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)電能的傳輸，如下圖所示，Lp,Cp 分別為原邊線圈電感和補(bǔ)償電容，它們滿足關(guān)系式：

　　2πfL=1/2πfC

　　這里f為逆變后交流電的頻率。通過(guò)諧振使得系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的傳輸功率和效率。

　　{C}3、{C}分離變壓器設(shè)計(jì)：

　　靜止式分離變壓器目前大致具有兩種不同的結(jié)構(gòu)類型，一種是采用無(wú)磁芯的形式;另一種采用有磁芯的結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)E 型磁芯、兩個(gè)U 型磁芯或者是不同形狀的磁芯的結(jié)合都可以進(jìn)行非接觸的電能傳輸。下圖 所示為一采用兩個(gè)半罐形磁芯所組成的分離變壓器示意圖，該分離變壓器采用近似于對(duì)稱的兩個(gè)半罐形磁芯來(lái)進(jìn)行電磁能量的傳輸，圖中的粗實(shí)線表示主磁通的方向，而虛線表示漏磁通的方向，主磁通主要從磁芯中通過(guò)，也有一部分漏磁通沒(méi)有經(jīng)過(guò)主磁路而直接經(jīng)過(guò)空氣形成了回路。靜止型分離變壓器主要用在原、副邊沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，如各種電氣設(shè)備的電池充電、各種小型家電如手機(jī)、筆記本、PDA 等的非接觸供電等。

　　{C}4、{C}拾電器設(shè)計(jì)(副邊整流濾波設(shè)計(jì))：

　　拾電器的次級(jí)線圈感應(yīng)到的能量需要經(jīng)過(guò)相關(guān)電路的處理方能轉(zhuǎn)化為可用的直流信號(hào)加載到負(fù)載上。拾電器部分的電路示意圖如下：

　　圖中輸U(kuò)i輸入的是拾電器上感應(yīng)到的能量，即副邊磁芯上的次級(jí)線圈感應(yīng)到的從原邊初級(jí)電纜上發(fā)射出來(lái)的能量。

　　電容C1 容值較大，主要起到高通濾波的作用，將低頻信號(hào)去除;電容C2 容值較小，則是低通濾波作用，濾除頻率比基波信號(hào)高很多的高頻信號(hào)，讓信號(hào)以及接近基波頻率信號(hào)的波形通過(guò)。電感線圈L1 和C3、C4 構(gòu)成并聯(lián)諧振，主要是進(jìn)一步起到濾波選頻作用，然后通過(guò)D1-D4進(jìn)行整理，通過(guò)電容進(jìn)行濾波輸出Uo給超級(jí)電容充電。