采用非接觸供電方式的超級電容充電方案

　　本次設計主要是通過(guò)非接觸供電(CPS)方式來(lái)給超級電容充電，超級電容要求能夠驅動(dòng)12V,100W電機。

　　系統結構框圖如下圖所示：

　　如上圖所示本次設計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線(xiàn)圈端，經(jīng)電磁感應在次級產(chǎn)生相應頻率的感應電流，經(jīng)過(guò)整流濾波及電壓電流調節裝置后給超級電容充電。

　　{C}一、{C}系統總體設計

　　CPS系統設計主要包含以下幾個(gè)方面：電路設計(包括原邊電路設計和副邊電路設計)、電源參數選擇(原邊電流大小、系統工作頻率、副邊電流大小)、鐵芯結構設計(線(xiàn)圈繞組參數)。

　　{C}1、{C}整流濾波電路設計：

　　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}高頻逆變電路設計：

　　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，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)導通，以避免短路。通過(guò)對開(kāi)關(guān)管的通斷實(shí)現將直流電轉換為高頻交流電，完成逆變。

　　同時(shí)，非接觸供電系統中，逆變后一般需要采用諧振補償的方式實(shí)現電能的傳輸，如下圖所示，Lp,Cp 分別為原邊線(xiàn)圈電感和補償電容，它們滿(mǎn)足關(guān)系式：

　　2πfL=1/2πfC

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

　　{C}3、{C}分離變壓器設計：

　　靜止式分離變壓器目前大致具有兩種不同的結構類(lèi)型，一種是采用無(wú)磁芯的形式;另一種采用有磁芯的結構，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稱(chēng)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(xiàn)表示主磁通的方向，而虛線(xiàn)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)有相對運動(dòng)的場(chǎng)合，如各種電氣設備的電池充電、各種小型家電如手機、筆記本、PDA 等的非接觸供電等。

　　{C}4、{C}拾電器設計(副邊整流濾波設計)：

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

　　圖中輸Ui輸入的是拾電器上感應到的能量，即副邊磁芯上的次級線(xiàn)圈感應到的從原邊初級電纜上發(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高很多的高頻信號，讓信號以及接近基波頻率信號的波形通過(guò)。電感線(xiàn)圈L1 和C3、C4 構成并聯(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給超級電容充電。