采用非接觸供電方式的超級電容充電方案

　　本次設(shè)計主要是通過非接觸供電(CPS)方式來給超級電容充電，超級電容要求能夠驅(qū)動12V,100W電機。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

　　如上圖所示本次設(shè)計是利用整流器將兩相或三相工頻交流電源經(jīng)過整流濾波成直流電源，經(jīng)過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)過逆變電路的高頻逆變

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

　　{C}一、{C}系統(tǒng)總體設(shè)計

　　CPS系統(tǒng)設(shè)計主要包含以下幾個方面：電路設(shè)計(包括原邊電路設(shè)計和副邊電路設(shè)計)、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(線圈繞組參數(shù))。

　　{C}1、{C}整流濾波電路設(shè)計：

　　D1~D4 這4 個整流二極管組成單相橋式整流電路，并聯(lián)電容C 進行濾波。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：

　　主要是利用MCU控制功率開關(guān)管通斷的方式進行高頻逆變，高頻逆變的實現(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實現(xiàn)，在其中采用M1,M2,M3,M4 共四個MOSFET 管，通常采用雙極性控制方式進行控制，開關(guān)管M1,M4 同相工作，開關(guān)管M2,M3 同相工作，同時保證同一橋臂的開關(guān)管不同時導通，以避免短路。通過對開關(guān)管的通斷實現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，完成逆變。

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

　　2πfL=1/2πfC

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

　　{C}3、{C}分離變壓器設(shè)計：

　　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，一種是采用無磁芯的形式;另一種采用有磁芯的結(jié)構(gòu)，利用兩個E 型磁芯、兩個U 型磁芯或者是不同形狀的磁芯的結(jié)合都可以進行非接觸的電能傳輸。下圖 所示為一采用兩個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的兩個半罐形磁芯來進行電磁能量的傳輸，圖中的粗實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，也有一部分漏磁通沒有經(jīng)過主磁路而直接經(jīng)過空氣形成了回路。靜止型分離變壓器主要用在原、副邊沒有相對運動的場合，如各種電氣設(shè)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(shè)計(副邊整流濾波設(shè)計)：

　　拾電器的次級線圈感應到的能量需要經(jīng)過相關(guān)電路的處理方能轉(zhuǎn)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圈感應到的從原邊初級電纜上發(fā)射出來的能量。

　　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。電感線圈L1 和C3、C4 構(gòu)成并聯(lián)諧振，主要是進一步起到濾波選頻作用，然后通過D1-D4進行整理，通過電容進行濾波輸出Uo給超級電容充電。