高壓電纜感應(yīng)式取電電源分析及設(shè)計(jì)

通過數(shù)值計(jì)算的方法，可求解式(10)，(11)。當(dāng)負(fù)載電流斷續(xù)，i2(t)為零時(shí)，C向R放電，因而輸出電壓紋波增加且輸出功率減小。
由式(6)，(9)，(11)可畫出高壓電纜電流固定時(shí)負(fù)載輸出伏安特性曲線。可知，在電流連續(xù)區(qū)輸出電流隨輸出電壓增加而平穩(wěn)減小，存在最大功率點(diǎn)(MPP)；電流斷續(xù)區(qū)輸出電流隨電壓增加加速下降，輸出功率進(jìn)一步減小。
2．4 取電線圈設(shè)計(jì)步驟
取電線圈的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能提高磁芯的利用率同時(shí)避免磁芯飽和。設(shè)計(jì)步驟包括磁芯材料的選取，以及S，l，N2的確定，具體如下：
①確定取電線圈的電源參數(shù)，包括高壓電纜電流的變化范圍Ipmin～I(xiàn)pmax、周期T、輸出電壓u以及輸出功率P；②較高的初始磁導(dǎo)率μ可使高壓電纜電流較小時(shí)獲得較大的功率，較大的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bsat可使磁芯適應(yīng)更高的u，使用壽命更長。通常磁芯可用硅鋼片疊壓而成，即可獲得較大的μ；③將所需的P、高壓電纜啟動(dòng)電流Ipmin及T代入式(7)第2式可求得(S／l)min。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)S／l應(yīng)大于(S／l)min，取S／l =1．5(S／l)min；④由式(7)第1式可知，當(dāng)P最大時(shí)，u與N2，Ip成正比。另外，u也是后續(xù)Buck電路的預(yù)設(shè)值?？梢赃x取一個(gè)穩(wěn)壓值u，使高壓電纜電流為Ipmin時(shí)獲得足夠的功率。將T，u，S／l，Imin和μ代入式(7)第1式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的N2；⑤當(dāng)u為最大值時(shí)，應(yīng)防止磁芯進(jìn)入深飽和。將T，u，N2和Bsat代入式(2)，求得S，最后由S／l數(shù)值即可得出l；⑥磁芯的內(nèi)外徑分別記為Di，Do。考慮線圈纏繞所需的空間，Di應(yīng)略大于高壓電纜的直徑D，例如取Di=1．1D。粗略計(jì)算令l=π(Di+Do)／2，代入l，Di即可求得Do；⑦根據(jù)Ipmax／N2，選擇合適的取電線圈繞組線徑，再結(jié)合Di，Do，l，估算N2匝線圈能否在磁芯上均勻繞制。若能，均勻繞制線圈，完成設(shè)計(jì)；若不能，即繞組線徑偏大，則可重新選取步驟③中S／l或步驟⑥中Di的數(shù)值，優(yōu)化取電線圈的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)
穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)應(yīng)保證電源輸出電壓的穩(wěn)定性。圖5示出電流感應(yīng)式取電電源框圖，其穩(wěn)壓電路由兩級(jí)組成。

3．1 Boost預(yù)穩(wěn)壓電路分析
電流-電壓型Boost預(yù)穩(wěn)壓電路與常規(guī)Boost電路的區(qū)別是：①輸入電源為直流電流源而非電壓源，這是由取電線圈經(jīng)整流后輸出具有電流源性質(zhì)所決定；②該Boost電路中沒有使用電感，這樣在忽略整流橋壓降的情況下，輸出電壓與取電線圈兩端電壓幅值相等；③控制回路采用滯環(huán)比較方式，提高了控制速度并可減小輸出電壓紋波。
3．2 DC／DC降壓電路和自啟動(dòng)電路
第1級(jí)Boost預(yù)穩(wěn)壓電路輸出電壓為42 V，通過第2級(jí)Buck電路降至15 V，供負(fù)載使用。自啟動(dòng)電路可將兩級(jí)輸出電壓42 V，15 V作為輸入，輸出控制回路芯片所需的供電電壓。