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(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(yīng)在次級產(chǎn)生相應(yīng)頻率的感應(yīng)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(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：

　　主要是利用MCU控制功率開關(guān)管通斷的方式進(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(bǔ)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(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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(jī)、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(yīng)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(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線圈感應(yīng)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(jìn)一步起到濾波選頻作用，然后通過D1-D4進(jìn)行整理，通過電容進(jìn)行濾波輸出Uo給超級電容充電。