非接触供电装置研究与设计
摘 要：在研究和分析了非接触电能传输（CLPT-Contactless Power Transfer）技术原理和应用领域的基础上，针对其CLPT系统的关键技术问题进行讨论，基于ANSYS有限元分析方法建立了CLPT系统的磁路模型、互感模型，分析了系统的传输特性，简化了松耦合变压器参数的计算方法，讨论了各种电容补偿结构对系统传输效率的影响，设计了高频逆变电路。另外，在理论研究和仿真分析的基础上，搭建了小功率非接触供电装置，验证了设计的正确性。
关键词：非接触电能传输技术；松耦合变压器；电容补偿
引言
非接触电能传输技术简称 CLPT （Contactless Power Transmission） ，此项技术打破了电能只能通过有线方式传输的思维定势，它能在恶劣或特殊环境下代替传统的电插座，使供电侧与用电侧通过非接触的方式，间隔数毫米至十几厘米进行能量传输[1]。
我国在这一领域的研究起步较晚，从本世纪初开始，国内科研工作者开始进行相关的研究。2001 年，西安石油学院的李宏首次在国内期刊中系统地讲述了非接触式电能传输技术的原理及应用。重庆大学孙跃教授及其课题组从2002年开始对非接触式电能传输技术的基础理论及工程应用进行研究，自主研发了三代样机系统，并申请或授权了多项专利。此外，浙江大学电气工程学院、中科院电工研究所、西安交通大学电气学院、南京航空航天大学等科研机构在基础理论和相应的应用领域内也做了大量的工作。
本文基于非接触式电能传输技术，自主设计完成松耦合变压器，从而设计出非接触供电传输系统，并针对手机非接触供电一些基本技术要求来为小功率负载供电。由于没有电气连接，从根本上消除了在插拔普通电插座时产生的电火花，从而避免了因电火花引起的灾难事故。
1 非接触供电装置整体结构设计
CLPT系统是基于电磁感应原理的电能传输方式，电路转换是将输入CLPT系统的直流电通过高频逆变电路转为高频交流电提供给松耦合变压器的原边；通过原边与副边线圈之间的电磁耦合将能量传输至松耦合变压器的副边；副边线圈上的感应电动势经整流滤波成为直流电并通过稳压模块加在负载电阻RL上。CLPT整体系统框图如图1所示。
2 硬件与电路设计
2.1 高频逆变电路
高频逆变电路主电路采用单相全桥逆变电路，如图2所示。该电路采用IPP26CN10N型MOSFET作为开关元件，其额定工作电压为100V，电流为35A，开通和关断时间分别为14ns和16ns对直流电源进行高频交流转换[2]，...
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