1 引言
電動汽車采用的非接觸充電系統(tǒng)(InductivelyCoupled Power Transfer，簡稱ICFT)，以電磁感應方式使初級線圈向次級線圈傳輸電能。將次級線圈安裝在汽車底盤上，初級線圈安裝在停車位的地面下，當電動汽車?？康接泄潭ㄜ囄坏墓╇娋€圈裝置上時，受電線圈即可接受電能，對電池充電。一般電動汽車可在3～6 h內(nèi)完成充電。
與有線充電方式相比，非接觸充電系統(tǒng)具有充電智能化，且無需專人值守充電現(xiàn)場；充電不受天氣、環(huán)境影響的優(yōu)點。實驗表明，非接觸充電系統(tǒng)耦合系數(shù)較低，通常在0．13～0．2之間，負載兩端的電壓波動較大。這里給出一種具有無線反饋穩(wěn)壓功能的非接觸供電電路，在不改變耦合系數(shù)的前提下，調(diào)節(jié)非接觸供電電路H橋占空比，改變初級電路的輸出功率，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
2 非接觸供電電路原理
非接觸電路原理圖如圖1所示。該電路包括非接觸供電電路和無線反饋電路兩部分。非接觸供電電路包括初級電路和次級電路；無線反饋電路包括檢測及發(fā)射電路和接收及反饋觸發(fā)電路，可同時實現(xiàn)智能控制和穩(wěn)壓功能。
圖1中，初級電路由功率開關管VS1～VS4構成全橋變換器電路，采用PWM控制芯片SG3525控制推挽電路產(chǎn)生控制脈沖，分別交替控制VS1，VS4和VS2，VS3的柵極，使L11兩端產(chǎn)生交流電流，頻率設定為30 kHz。
L11，L12組成非接觸耦合變換器。C1，C4為初、次級線圈的補償電容，初級電源、初級變換器和初級線圈L31安裝在地面下；次級線圈L12、次級變換器安裝在汽車底盤內(nèi)。初、次級之間電氣隔離。
VD1，VD2和C2，C3構成二倍壓整流電路，經(jīng)L2，C5濾波后給負載供電。
在圖1的等效電路中，全橋變換器H橋以前的電路可視為一個方波電壓源，其內(nèi)阻RS主要是供電電網(wǎng)計費電表以前的等效內(nèi)阻?？梢姡筊L獲得最大傳輸功率的必要條件是使初、次級電路處于諧振狀態(tài)。根據(jù)此規(guī)律，通過理論計算和Pspice仿真，得到L11=10μH，L12=112μH，C1=1 nF和C4=0．1 nF。
3 無線反饋穩(wěn)壓及通訊電路原理
3．1 無線信號發(fā)射電路
無線信號發(fā)射電路如圖2所示。該電路由含有單片機的無線發(fā)射模塊NRF24E1和外圍電路構成。R1，R2構成電阻分壓電路，R2兩端的取樣電壓信號送入NRF24E1的模擬量輸入端AIO，此端口具有A／D轉換功能，將轉換得到的數(shù)字信號發(fā)射給接收電路。當負載電壓設定在24 V時，通過精確選擇R1，R2比值，設定取樣電壓信號幅度為1 V。
3．2 無線信號接收及反饋觸發(fā)電路
圖3為無線信號接收及反饋控制電路。通過軟件設定用于接收信號。無線模塊收到數(shù)字信號后．再用芯片TLC5615實現(xiàn)D／A串行轉換，將數(shù)字信號轉化為約1V的模擬信號，并由第7引腳輸出。將此模擬電壓信號送至SG3525的1腳(誤差放大器的反相輸入端)。SG3525的16腳為5．1 V基準電壓，經(jīng)電阻精確分壓，使SG3525的2腳(同相輸入端)得到標準的1 V電壓信號。SG3525通過實時比較1，2腳電壓信號的差值，自動改變
11．14腳的輸出脈沖的占空比，控制VS1～VS4，改變其占空比，從而調(diào)節(jié)傳遞到次級電路的功率，起到穩(wěn)壓的目的。
此外，該電路還具有智能判斷和自動處理功能：當汽車不在停車位時，信號接收電路收不到信號，非接觸供電初級電路自動關閉，起到節(jié)能作用；通過對負載電壓的檢測自動判斷蓄電池的充電程度，自動切換到浮充和停充狀態(tài)。
4 實驗結果與結論
設計輸入直流電壓Udc=310 V(由市電整流得到)，輸出直流電壓Uo=48 V的電動汽車非接觸充電電路，工作頻率fs=30 kHz，負載為1 kVA，48 V的電動汽車專用蓄電池。實驗結果如圖4所示。
由圖4b可見，無線反饋的非接觸充電電路的穩(wěn)壓效果較佳。通過磁場耦合仿真與實驗，當初、次級線圈相距10 cm時，得到的感應耦合系數(shù)為0．15。經(jīng)精確選擇關鍵器件(L11，L12，C1，C4)規(guī)格，使電路處于較佳狀態(tài)。
電路除具有穩(wěn)壓功能外，還具有智能充電、欠過電壓、過電流保護功能。當負載出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，次級線圈兩端的電壓自動趨于零，起到自動保護的作用。