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时间:2018-12-12
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1、.毕业论文锂电池无线充电设计原理....锂电池无线充电设计原理摘要:针对特殊环境下锂电池装置充电过程中产生火花、造成短路影响而系统的安全性和可靠性的问题,提出一种利用非接触式电能传输技术来实现锂电池装置无线充电的方法。本设计实现了锂电池的无线充电,适用范围广,具有很强的实用价值,实现了电能无线传输的可靠性与安全性。关键词:无接触电能传输;软开关半桥;功率补偿;松散耦合变压器反馈电路;无线充电0引言传统的传输主要通过导线连接,在一般情况下合理有效;但装置的电池采用插头接触式充电方式,频繁的插拔会产生电火花,因此,在一些易燃易爆
2、的场合下,传统电能传输方式有很大的局限性。本文是针对一些特殊环境锂电池充电装置而设计的。在给该装置充电时,接触供电会有摩擦或者磨损,特别是在化工、矿山易燃易爆的领域,由于粉尘等因素会造成粉尘堆积给该锂电池装置充电造成短路,所以接触式供电会影响系统的安全性与可靠性。本设计基于非接触式电能传输技术,该装置的锂电池充电系统涵盖了功率变换技术、电磁感应技术等。可以保证系统各部分之间电器绝缘;没有裸露导体存在,使感应耦合系统的能量传递不受粉尘、污物、水等环境的影响;这种方式比起用电气连接来传递能量,更为可靠、耐用、且没有火花,更适合一
3、些易燃易爆的特殊场合应用。并且本文采用了软开关技术,使高次谐波大大减小,有效的减少了高次谐波引起的涡流损失。并且采用功率补偿技术,从而提高了电能传输效率,保证了电能无线传输的可靠性。本文基于松散耦合式感应能量传输技术,设计了一种非接触的锂电池充电系统。1系统的结构本文设计的锂电池装置无接触电能传输系统主要包括电能发射部分和电能接收部分。发射部分与固定的电网相连,电能的接收部分与可移动的被供电物体相连。系统构成图如下图所示。....图1系统结构框2电能传送部分主要工作原理电能发射部分主要包括整流滤波电路、半桥逆变电路、控制电路
4、、保护电路(如图2所示)等。交流220V经过载保护、过电流保护熔断器和滤波电路,通过VD1、VD2、VD3、VD4全桥整流电路,再通过滤波电路,变成稳定的直流电压,供给逆变电路。自主电路交流滤波后的1、2点,经变压器将220V降压,再经整流滤波稳压得到辅助电源所需要的电压。图2发射部分主结构2.1软开关半桥逆变电路本文采用PWM控制方式,通过提高开关频率,使输出电压波形正弦化。同时采用软开关技术有效的减小了电压应力、开关损耗EIM。开通时利用MOS管漏、源极之间的反向二极管续流,漏、源极间电压几乎为零时导通MOS管;同时在漏
5、、源极之间并联一个小电容,减缓漏、源极之间电压上升速率,避免关断过程中电流和电压的重叠造成开关损耗并减少噪声。如下图所示:t0、t2时刻零电压开通,t1、t3时刻零电压关断。从而实现零电压开关ZVS。软开关半桥逆变电路如图3所示,是由两个型号相同的MOS高频开关管组成。该电路将输入直流电压逆变为频率可调的正弦波,....C1,C2电容与变压器的漏感进行谐振,输出为幅值可调的正弦波电压。半桥逆变电路相对于正激、反激单管变换电路而言,输出功率较大也不存在偏磁问题,相对于全桥变换电路,开关器件数量与驱动电路较少。半桥电路巧妙地利用
6、了C1,C2电容与变压器漏感作为谐振元件来实现软开关,从而降低了能量传输时在功率变换器上的消耗。开关管的控制信号由主控制器ATmegal16生成两路PWM与两个驱动配置成互补模式,占空比都接近50%,带一点死区。通过改变开关管的导通占空比可以改变负载的输出电压。图3软开关半桥逆变及相应的波形2.2PWM控制电路与驱动电路此部分电路的关键器件为PWM控制芯片UC3825,实现对电压进行反馈控制,对电流采用峰值限流控制,实现电路保护。由单片机的模拟输出直接控制UC3825输出信号的占空比。实现开关管的零电压变换软开关。在UC38
7、25的控制下,半桥可单独进行死区时间设定。在死区时间内,即将导通的开关管两端并联的电容有足够的时间完成放电过程,从而为其导通创造零电压转换条件。UC3825本身的输出功率难以驱动开关管,所以在采用UC3825作为控制芯片时,需要在输出端与开关管控制端之间接入HIP2100,以提高驱动能力,减少IC的功耗和温升,提高电源整机的可靠性。此部分电路如图4所示。图4半桥开关电源UC3825控制与HIP2100驱动电路....2.3电流采样反馈电路将初级侧电感上的正弦波电压分压取样,并将采样结果与基准电压比较,差值经放大后送至控制器,
8、从而形成负反馈,对输出电压进行调节。本系统电流采样反馈电路如图4,将采样电压经电压跟随器LM319转换为方波信号后,输入到移相控制电路,通过驱动电路,调节开关管的导通时间,使输出电压恒定。2.4保护电路为了使工作设备可靠运行,提高设备使用率,需要在电源电路中加入保护电路,防止关键元器件的损
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