劉瀚杰 劉倩 尚徐碧玥

摘要：非接觸式電源是一種以電非接觸的方式從功率傳送裝置向受電裝置提供電力的供電系統(tǒng)，其中，電力傳輸元件與電力傳送裝置相連，而受電元件則與電力接收器相連。電源傳輸組件具有多個(gè)用于傳輸功率的傳送側(cè)線圈和用于打開(kāi)/關(guān)閉傳送側(cè)線圈的多個(gè)傳送側(cè)開(kāi)關(guān)。功率接收組件具有用于接收功率的多個(gè)接收側(cè)線圈、用于打開(kāi)/關(guān)閉接收側(cè)線圈的多個(gè)接收側(cè)開(kāi)關(guān)以及用于執(zhí)行控制以操作組合中的任何一個(gè)輸送側(cè)線圈和任何一個(gè)接收側(cè)線圈以實(shí)現(xiàn)最高的功率傳輸效率。

關(guān)鍵詞：非接觸供電;功率放大器;送輸功率;電路設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469.7?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1672-9129（2020）16-0053-01

隨著世界上能源的短缺以及環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，人們開(kāi)始研究新的能源來(lái)為自己使用，所以電動(dòng)汽車作為現(xiàn)代的新能源的汽車已經(jīng)受到了人們的廣泛關(guān)注。但是目前仍然有許多的問(wèn)題，如電池容量的限制，行駛的路程較短，充電的設(shè)施也沒(méi)有完善。而如果我們使用傳統(tǒng)的充電方式，則顯得麻煩，所以為了解決這些弊端，新能源汽車的非接觸遠(yuǎn)程無(wú)線充電系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用于電動(dòng)汽車上。

目前無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于許多技術(shù)上面，而無(wú)線充電技術(shù)給電動(dòng)汽車充電可以省去許多不必要的麻煩和隱患。也能滿足在各個(gè)環(huán)境下的充電，成功了彌補(bǔ)了電動(dòng)汽車行駛路程短的缺點(diǎn)。

1 磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)

1.1能量傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成。供電端和負(fù)荷端構(gòu)成能量傳輸系統(tǒng)。電源端由繞線和電容并聯(lián)組成，電源向線圈提供電能。經(jīng)過(guò)一定距離后，接收端還包括繞線、電容并聯(lián)線圈和負(fù)載，負(fù)載會(huì)在一定程度上消耗線圈的電磁能量。

1.2耦合諧振系統(tǒng)。繞線線圈可用作諧振體，由電感和電容組成。在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，諧振體所擁有的能量將以共振頻率在空間中隨機(jī)振蕩，產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)。以線圈為核心，以空氣為傳輸介質(zhì)，當(dāng)同一諧振頻率同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，諧振體與諧振體相距一定距離后會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，可感測(cè)的磁場(chǎng)在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間以一種自共振頻率自由振動(dòng)。同時(shí)，兩個(gè)諧振器之間的磁場(chǎng)交換將產(chǎn)生，在以線圈為核心，空氣為傳輸介質(zhì)的周圍產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)。兩個(gè)諧振器所包含的電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量可以在同一頻率進(jìn)行能量交換。因此，兩個(gè)諧振器共同構(gòu)成一個(gè)耦合諧振系統(tǒng)。

1.3能量傳輸過(guò)程及其遵循的準(zhǔn)則。通過(guò)正弦電流和線圈電感，源線圈將產(chǎn)生一個(gè)時(shí)變磁場(chǎng)。同時(shí)，電容器將被充電。此時(shí)，接收線圈將感應(yīng)磁場(chǎng)并產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)給電容器充電。假設(shè)線圈的諧振頻率與正弦電流的諧振頻率相同，則源線圈的電流方向會(huì)發(fā)生變化，然后交變磁場(chǎng)的方向也會(huì)發(fā)生變化。線圈將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，接收線圈的電容將放電。正弦電流的方向會(huì)周期性地改變。當(dāng)接收線圈的電流被放大后，相應(yīng)接收線圈的電磁場(chǎng)也可以被放大。假設(shè)系統(tǒng)中沒(méi)有負(fù)載來(lái)耗散能量，則接收線圈和源線圈兩端的能量來(lái)回交替產(chǎn)生最大值。

2 非接觸供電系統(tǒng)

2.1高頻振蕩電路設(shè)計(jì)方案。振蕩電路作為交變電路的一種交變電流，其顯著特點(diǎn)就是頻率極其高，不能利用線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電流，僅僅只能通過(guò)振蕩電路產(chǎn)生電流。

振蕩電路有以下兩個(gè)過(guò)程：

充電過(guò)程：隨著電磁能的不斷增加，磁場(chǎng)能的不斷減少，系統(tǒng)回路中電流不斷在減小，電容器中的電量就在不斷增加，站在能量的角度看，磁場(chǎng)能不斷向電場(chǎng)能變換。

放電過(guò)程：隨著電場(chǎng)能不斷減少，磁場(chǎng)能的不斷增加，系統(tǒng)回路中的電流也在不斷增加，電容器中的電量就在不斷的減少，站在能量的角度看：電場(chǎng)能不斷向磁場(chǎng)變換。

其中，正弦波振蕩器由LC振蕩電路、石英晶體振蕩電路、以及RC振蕩電路三部分組成。因?yàn)镽C振蕩電路其工作頻率很低，電路穩(wěn)定度太低，因此，將其排除。另外的方案：選擇有源的晶振。將有源晶振連接一個(gè)電源就會(huì)生成穩(wěn)定載波，頻率規(guī)則，起伏小。其優(yōu)勢(shì)就是具有簡(jiǎn)單的電路，穩(wěn)定的頻率;其缺點(diǎn)就是不能滿足任意頻率的載波。

2.2功率放大器設(shè)計(jì)。利用三極管的電流控制功能或場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電壓控制功能，將電源的功率轉(zhuǎn)換為隨輸入信號(hào)變化的電流。由于聲音屬于不同振幅和頻率的波，所以它就是交流信號(hào)電流。三極管的集電極電流為基極電流的β倍，三極管的交流放大系數(shù)用β表示?；诖?，如果基極輸入一個(gè)小信號(hào)，那么集電極電流值的1/β就是基極電流值。然后用直流電容器隔離信號(hào)，電流值或電壓值為原值的β倍，這就是三極管放大的原理。通過(guò)不斷地放大電流，它的功率就被放大了。

2.3功率放大器原理。使用高頻功率放大器作為發(fā)射級(jí)的末端，其主要功能是對(duì)高頻調(diào)制信號(hào)的功率進(jìn)行連續(xù)放大，以滿足發(fā)射功率的要求，然后通過(guò)天線將其輻射到太空中，從而保證接收級(jí)在一定區(qū)域內(nèi)接收到滿意的信號(hào)電平，并且不會(huì)干擾相鄰信道之間的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備中的重要器件。高頻功率放大器的指標(biāo)包括輸出功率、效率、功率、功率增益率、帶寬和信號(hào)失真度。上述指標(biāo)相互矛盾。因此，在放大器設(shè)計(jì)方面，首先要突出一些指標(biāo)，其他指標(biāo)也要包括在內(nèi)。但是在實(shí)際電路中，電路主要矛盾是禁止干擾，也要求高度的諧波抑制性，并且適度的降低諧波帶寬的要求。一個(gè)重要的問(wèn)題就是功率放大器的效率問(wèn)題，放大器的工作狀態(tài)直接影響著效率的高低。將放大器的工作狀態(tài)分為三種類型，甲類、乙類、丙類;一般情況下，將放大器的工作狀態(tài)調(diào)整到乙類和丙類，或者是將晶體管工作延展到非線性區(qū)域，以此提高放大器的運(yùn)作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫超. 新能源汽車磁耦合共振式無(wú)線充電系統(tǒng)研究[D].

[2]鄒斌. 一種基于ERPT技術(shù)采用無(wú)線充電的新能源汽車