负载适应型中频共振电源

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1、负载适应型中频共振电源（LoadAdaptiveMediumFrequencyResonantPowerSupply）摘要--低功率电子器件、微型计算机系统和无线通信的快速发展使得全新的廉价的电力供应的系统概念得以发展。在一些应用场合下，有线的电力传送并不适合而且甚至不可能应用。比如：在机器人应用、全自动的制造领域还有对绝缘性有十分高的要求的中压以及高压领域等。在不含传统变压器的解决方案中：磁路中有一段很大的空间间隔，器件以谐振开关方式运行，来向负载提供电源。在这篇文章中，我们将向您展示一个谐振电源

2、转换系统，他通过向下提供辅助电源来使完全意义上的无线设备成为了可能。它并不借助导线，而是通过一定距离甚至几米远的磁场，包括了100立方米的空间，这使之适合于机器人应用或者高度自动化的生产设备（传感器、通信、促动器等）。Ⅰ介绍近年来，智能工业、过程和电能分配领域中的电子和微型计算机系统出现了一场革命：●电子器件变得越来越廉价化、微型化、智能化和可通信化(比如：无线)。●传感器已经变得更加微型、廉价而且通常是集成化的。●集成了先进的通讯技术的控制和自动化系统（比如：PLC）同时也变得更加小巧、更加低功耗

3、、更加低成本并且提供可变的、先进的工程支持。在以上这些领域中，成本大幅下降，先进的技术也得到了发展。当前，为了适应各种的应用要求，新的通信技术（如：蓝牙等）被开发了出来。在传感器领域的更进一步的革命将要伴随着微型化、电子化、机械化的系统——MEMS（微机电系统）而兴起，它集成了机械结构、多功能材料和微型电路到一块芯片上。这样设计的前景是创造一个可以感知、思考、动作和通信的芯片。因此，自动化在工业应用、中压配电、对新技术有需求的仪器和建筑领域在提高系统的性能的前提下降低成本。考虑到工程技术、成本、尺寸

4、和寿命问题，有线的解决方案通常并不适合，特别是在机器人应用、移动系统和对绝缘性有很高要求的领域。提供一种廉价的、可靠的高电压电力供应是有困难的，特别是在低功率场合。当下常见的解决方案（50Hz）变压器是昂贵的，其可靠性低、体积大。所以他们并不再适合有着传感、驱动和通信功能的系统。以上这些要求大部分可以很容易地通过一个借助于电磁场的真正的无线系统来平衡。其中的变压器含有一个很大的空气间隔（提供绝缘性和低电容），或者甚至从来就没有变压器的核心。在机器人和制造领域，线缆存在着高成本和可靠性不佳的问题。无线

5、通讯已经展示出了他强大的优越性，但是一个明显的问题仍然是向小功率用户无线地传输电能，比如下图中典型的制造平台是向一个特定的区域中的10到100个用户传输电能。我们可以很容易地看出，在这个电源系统中的是通过磁场来耦合的。这种形式的能量分配系统有非常特殊的要求：●电源向整个区域完整地提供●可以适应各种尺寸的平台●对负载补偿可以变化，如：机器人的运动●可以低损失地产生必需的电磁场低耦合暗示着如果工作在常见的变压器模式下很低的功率转换成为了可能。因此必须使用一个谐振的方法来补偿一次侧和二次侧的电感漏磁。电路

6、然后就运行在了低得多的输入电压的模式下，其控制方式与多共振整流器相似。然而由于工作在共振模式下，在变压器末端的电压将会很高。这篇文章的目标是描述一个负载适应型电源的转换系统，其主要适用于完全无线的电能转换，无线的距离可变并可以达到数米远。对比应用于感应加热的方法，为了能使二次侧或接受侧电路可以运行，控制和调整的方法是频率必须精确地确定。Ⅱ说明这里描述的电源（一次侧）将通过一段很大的空气间隔向独立的接受器件（二次侧）提供电源。电能的传送媒体使用的是磁场。相比于“标准的开关电源变压器”设计，普遍可用的工

7、业系统的一个明显问题便是以下的参数是变动的：●主电感缠绕的尺寸。●一次侧（发送端）与二次侧（接收端）之间的距离。●接收线圈和二次侧负载的类型。所以，电源不得不面对电磁耦合情况的巨大变化，这代表了在一次侧的一个很大范围的电感性负载，其比率可能达到1:7。为了使一次侧和二次侧系统分别独立开来，电源的频率必须精确地达到某一个值，二次侧也同样必须工作在谐振条件下来获得高的电压等级。因为这种解决方案只考虑传送正弦电流或场强，并且是不含调制和通信的共振电源传送，其频率或者场强符合美国供应管理协会（ISM）的标准

8、，而且ISM也并没有针对于信号频率低于150kHZ的限制。在全球应用的最低ISM频段是13MHz频段。借助该频段，令人期待的大规模应用已经开始，但是其电磁兼容性（EMC）表现却不令人满意。一个用于通信目的（短距装置，SRD）外表类似电感线圈系统的、允许100%占空比的工作方式已经应用于频率区间在119kHZ-135kHz的频段中（选择在120kHz的工作频率）。为了使期望中的大空气间隔得以实现，且考虑到场强可能会影响到其中的操作器件，所以必须要观察安全等级（国际非电离