锂电池无线充电设计原理论文

-.z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平安性和可靠性的问题，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*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平安性。关键词：无接触电能传输；软开关半桥；功率补偿；松散耦合变压器反响电路;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平安性与可靠性。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。可以保证系统各局部之间电器绝缘；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系统的构造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局部和电能接收局部。发射局部与固定的电网相连，电能的接收局部与可移动的被供电物体相连。系统构成图如以下图所示。图1系统构造框2电能传送局部主要工作原理电能发射局部主要包括整流滤波电路、半桥逆变电路、控制电路、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发射局部主构造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、源极之间并联一个小电容，减缓漏、源极之间电压上升速率，防止关断过程中电流和电压的重叠造成开关损耗并减少噪声。如以下图所示：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，是由两个型号一样的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展谐振，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局部电路的关键器件为PWM控制芯片UC3825,实现对电压进展反响控制，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UC3825的控制下,半桥可单独进展死区时间设定。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。此局部电路如图4所示。图4半桥开关电源UC3825控制与HIP2100驱动电路2.3电流采样反响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，从而形成负反响，对输出电压进展调节。本系统电流采样反响电路如图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，需要在电源电路中参加保护电路，防止关键元器件的损坏。在本设计系统中有过流保护和过温保护。为防止主电路中的功率管因长时间过流而烧坏，采用电流互感器对松散耦合变压器原边电流进展取样，经过整流滤波后通过可变电阻引到UC3825的电流检测端ILIM。当过流发生时，自动进入软启动，如果在软启动的过程中仍然有过流现象发生，则UC3825的输出全部关断，从而实现过流保护。而且过温保护也是利用UC3825的ILIM端，与过流保护的电路实现方法类似，不同之处是在于过温保护采用的是温控开关。温度过高时开关动作，高电平加在ILIM端，输出关断。2.5松散耦合变压器构造本设计采用的非接触电能传输的原形，相当于变压器的初级线圈和次级线圈之间没有直接的物理连接。松散耦合变压器的原边在充电平台内部，副边在待充电设备内。并且使用谐振耦合技术以提高系统的电压增益。松散耦合变压器的两个绕组之间如果不加磁芯，只有少数的磁力线穿过副边线圈，漏磁会很大，造成效率很低下，为减少对外辐射给环境造成的污染。本设计选择闭合的磁芯作为松散耦合变压器的构造如图5所示。图5松散耦合变压器机构为了让降低磁芯涡流损耗，则要选择其电阻率高，涡流小，铁耗小的高电阻率磁芯，例如铁氧体材料。3电能接收局部主要工作原理3.1充电与控制电路电能接收局部主要包括整流滤波电路、稳压电路、充电电路等。用DS2762锂离子电池检测芯片，该芯片带有电池温度检测功能，监测电压、电流和电池的温度，防止短路、充电缺乏和过度充电。如图6所示。图6充放电与控制电路电池通过射频收发芯片nRF2401来传递信号，判断充电是否正常运行来防止误充电。当充电完毕或者充电物体离开时，ATmegal16通过nRF2401给电能发送芯片一个终止信号，使电能发送局部停顿发送能量，以防止电磁辐射。4完毕语本设计实现了锂电池的无线充电，特别是在场长时间特殊环境下，例如，手提式可燃气体检测仪。适用*围广，可以适合于不同型号、或一样型号不同类型的仪器通用，而且无需插头式接触充电，防止了设备节点之间接触不良、短路等故障。因此，具有很强的实用价值。参考文献[1]*丹婷,聂一雄.对无接触功率传输系统设计的探讨【J】.电气应用,2007,26〔12〕:94—98.[2]*华毅,潘东婷,李建.无接触电能传输系统的设计与实现【J】.仪器仪表用户,2010,0〔4〕.[3]*轩,非接触式手机充电平台的设计【D】.**大学硕士学位论文,2010,01.[4]*革莉,王庆军,金新民.UC3875移相谐振控制芯片原理及应用【J】.电源技术应用,2001,4〔06〕.[5]周凤星.非接触式感应充电电路研制【D】.**：**科技大学，2012.[6]支振明,齐荣.胎压监测系统中的非接触电能传输技术【J】.计算机测量与控制,2008,16〔6〕ApplicationofInductiveElectricPowerTransmissionintheLithiumbattery*iaofeng1，WangTai-hui2,LiQi-yuan2(1.TheInformationandElectricalengineeringSchoolofShandongUniversityofScienceandTechnology,ShandongQingdao266510；2.YankuangGroupCo.,LTD.Of*inglong-zhuangcollierycoalmines，ShandongJining272102)Abstract:viewoftheproblemthattheLithiumbatterycansparksforcontactingandcauseashortcircuitwhichinfluencesafetyandreliabilityofthesystemunderspecialenvironment.ThispaperpresentsamethodbasedonthetechniqueofInductiveElectricPowerTransmissiontorealizewirelesschargingfortheLithiumbatterydevice.Inthispaper,thesystemofdesignhaveenergytransformsendloopandenergyreceivinglooptwoparts,usingsoftswi