原创 [博客大赛]非接触供电方案

本次设计主要是通过非接触供电（CPS）方式来给超级电容充电，超级电容要求能够驱动12V，100W电机。

系统结构框图如下图所示：

 如上图所示本次设计是利用整流器将两相或三相工频交流电源经过整流滤波成直流电源，经过整流滤波后的直流电源将向高频逆变电路的输入端提供，经过逆变电路的高频逆变

之后的高频交变电流输入到初级线圈端，经电磁感应在次级产生相应频率的感应电流，经过整流滤波及电压电流调节装置后给超级电容充电。

{C}一、{C}系统总体设计

CPS系统设计主要包含以下几个方面：电路设计（包括原边电路设计和副边电路设计）、电源参数选择（原边电流大小、系统工作频率、副边电流大小）、铁芯结构设计（线圈绕组参数）。

{C}1、{C}整流滤波电路设计：

D1~D4 这4 个整流二极管组成单相桥式整流电路，并联电容C 进行滤波。整流电路采用全桥整流滤波，滤波后输出的电压平均值为输入交流电压AC有效值的1.2 倍。

{C}2、{C}高频逆变电路设计：
    主要是利用MCU控制功率开关管通断的方式进行高频逆变，高频逆变的实现电路，一般采用下图 所示的MOSFET 管组成的全桥逆变谐振电路的原理图来实现，在其中采用M1，M2，M3，M4 共四个MOSFET 管，通常采用双极性控制方式进行控制，开关管M1，M4 同相工作，开关管M2，M3 同相工作，同时保证同一桥臂的开关管不同时导通，以避免短路。通过对开关管的通断实现将直流电转换为高频交流电，完成逆变。

同时，非接触供电系统中，逆变后一般需要采用谐振补偿的方式实现电能的传输，如下图

所示，Lp,Cp 分别为原边线圈电感和补偿电容，它们满足关系式：

2πfL=1/2πfC

这里f为逆变后交流电的频率。通过谐振使得系统工作在谐振状态，以提高整个系统的传输功率和效率。

{C}3、{C}分离变压器设计：

静止式分离变压器目前大致具有两种不同的结构类型，一种是采用无磁芯的形式；另一种采用有磁芯的结构，利用两个E 型磁芯、两个U 型磁芯或者是不同形状的磁芯的结合都可以进行非接触的电能传输。下图 所示为一采用两个半罐形磁芯所组成的分离变压器示意图，该分离变压器采用近似于对称的两个半罐形磁芯来进行电磁能量的传输，图中的粗实线表示主磁通的方向，而虚线表示漏磁通的方向，主磁通主要从磁芯中通过，也有一部分漏磁通没有经过主磁路而直接经过空气形成了回路。静止型分离变压器主要用在原、副边没有相对运动的场合，如各种电气设备的电池充电、各种小型家电如手机、笔记本、PDA 等的非接触供电等。

{C}4、{C}拾电器设计（副边整流滤波设计）

拾电器的次级线圈感应到的能量需要经过相关电路的处理方能转化为可用的直流信号加载到负载上。拾电器部分的电路示意图如下：

图中输Ui输入的是拾电器上感应到的能量，即副边磁芯上的次级线圈感应到的从原边初级电缆上发射出来的能量。

电容C1 容值较大，主要起到高通滤波的作用，将低频信号去除；电容C2 容值较小，则是低通滤波作用，滤除频率比基波信号高很多的高频信号，让信号以及接近基波频率信号的波形通过。电感线圈L1 和C3、C4 构成并联谐振，主要是进一步起到滤波选频作用，然后通过D1-D4进行整理，通过电容进行滤波输出Uo给超级电容充电。