毕业设计用于汽车led灯的非接触供电电路设计 2.docx

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毕业设计用于汽车led灯的非接触供电电路设计2

用于汽车LED灯的非接触供电电路设计

用于汽车LED灯的非接触供电电路设计

摘要

现在许多汽车供电用的都是直接用线圈，引起电缆接头故障的主要原因是电缆接头压接处在长时间的运行过程中，由于环境问题导致压接点氧化，接触电阻增大，压接点温度升高，使绝缘保护层老化或是由于汽车后盖开合使得电缆接头磨损，折断等引起的短路事故，而且在大功率或恶劣条件下工作时容易引起电击、火花和磨损等一系列问题，从而影响了供电的安全性和可靠性，缩短了电气设备的使用寿命。

如何降低非接触感应电能传输系统的成本，提高电能变换效率、减小电磁干扰，都是在实际工程应用中必须考虑的问题。

此外，不断提高功率等级、系统稳定性和可靠性，增加分离变压器的气隙也是非接触感应电能传输技术需要解决的课题。

本文运用全桥式分离变压器松耦合供电的非接触供电方法，选用全桥式非接触供电方式，采用SG3525的芯片，利用PWM开关电源控制电路，有串联谐振产生方波，来做成电路分析了非接触电能传输的原理与应用方法。

本文最后用orcad的pspice进行仿真，分析了电路可行性。

仿真结果与预期结果进行对比，查看设计是否具有应用价值。

关键词：

非接触供电/全桥式分离变压器/SG3525/串联谐振

ForthedesignofthecontactlesspowersupplycircuitofautomobileLEDlamp

Abstract

Nowmanycarpowersupplyareusedinthedirectuseofcoils,maincausesofcablejointfaultisthecablecrimpinalongtimeintheoperationprocess,duetoenvironmentalproblemsresultinginpressurecontactoxidation,contactresistanceincreases,pressurepointtemperature,theinsulationprotectionlayerisduetoagingorautomobilerearlidopeningmakesthecablejointwear,shortcircuitaccidentscausedbybroken,easytocauseaseriesofproblems,suchaselectricsparkandwearandworkinbigpowerorharshconditions,thusaffectingthesafetyandreliabilityofpowersupply,shortentheservicelifeofelectricalequipment.

Howtoreducethecontactlessinductivepowertransfersystemcost,improvepowerconversionefficiency,reduceelectromagneticinterference,ismustbeconsideredinthepracticalengineeringapplicationproblems.Inaddition,constantlyimprovethelevelofpower,thesystemstabilityandreliability,increasethegapseparatingtransformeriscontactlessinductivepowertransfertechnologyproblemneededtobesolved.

Attheendofthetwocontrolmethodsrespectivelyusingorcadpspicesimulation,analysisofsimulationresultsoftheir.

Keywords:

Un-contactpower/Supplyisolationtransformer/SG3525/Half-bridgeseriesresonan

1绪论

1.1引言

现代电能传输主要是通过电缆进行传输的，这种传输方式由于摩擦、磨损的原因造成了导线外漏，从而影响了供电系统的安全性、可靠性、减少了电气设备的使用年限。

例如现在许多的大型电气设备用的都是滑动接触供电，然而这种供电方式在滑动时会出现磨损，接触点会出现电弧（即接触火花），导线裸露触电等隐患。

直接利用导线传输还会使周边环境出现高频强电磁干扰现象，特别是经常开合的汽车后盖，磨损情况更是严重，即影响了车的整体寿命，而且磨损裸露的导线也使人身安全出现隐患，显然接触供电方式已经不能满足人们的生产和生活需求，这时非接触供电技术得到大家的关注，而我所研究的是如何将非接触供电技术运用于汽车车灯上，实现汽车LED灯的非接触供电。

本次论文设计以非接触供电为基础，讲述了非接触供电电路的工作原理，围绕全桥式非接触供电电路如何用于汽车LED灯这个问题，阐述了非接触供电电路的工作原理和实现方式，通过orcad的pspice软件进行了仿真，证明了非接触供电电路的优势与实施限制，下面是非接触供电电路的原理框图，也是本次设计的主要方向。

1.2非接触供电电路研究意义

自从感应耦合电能传输技术出现以来，越来越多的人投入到了非接触式电源的研究应用中，并且出现了成就。

而我国在非接触电能传输方面所出的成就大多为逆变器研究，，对于非接触电能传输系统则大多是根据工业生产和人们生活电气化和智能化的需求，而且非接触供电系统在工业生产，智能家电，医疗电子器械和电气化交通工具等领域中也十分具有前景，非接触供电技术的研究与应用技术的探索将会推动我国电力技术的发展，填补我们非接触供电在众多应用领域的空白。

目前所用的非接触供电系统输出电流大，频率高，而且传统AC-DC-AC初级能量变换模块由于需要整流、滤波、逆变等环节而增加了开关管数量，从而使器件体积增大，而且控制这么多的模块，操作起来也比较复杂，由于存在磁感应现象而使得系统的稳定性不太容易达到。

本次毕业设计的目的就是研究非接触电能传输系统运用AC-AC变换器来来提高系统运行效率并且保证系统稳定性。

由于交-交变换器减少了了直流环节，所以所用的功率原件也就减少了。

只要控制好全桥系统的四个开关管就能达到高频逆变的目的，而且由于减少了了电路环节，所以系统体积也会减小。

这应该就是非接触电能传输系统今后的发展放心吧：

小型、高效、稳定。

这次论文设计要解决的问题是：

如何缩小逆变器体积，提高电路功率密度，增加电磁感应耦合系数和提高电流频率。

实践证明，过高的dv／dt，di／dt会产生电磁干扰，而且还会增加开关损耗，经研究发现，开关频率越高，开关损耗也越高，无源器件的损耗也越来越大等等问题。

如何有效的减少电磁干扰，降低开关损耗，使电能传输效率增大的同时又不影响对电压波形的分析是此次研究重点。

也是提高系统可控性与稳定性的关键因素，鉴于此，我们选择了软开关谐振逆变电路—移相全桥零串联PWM逆变器。

1.3非接触供电系统研究现状

近年中科院院士严陆光和西安交通大学的王兆安等人也开始对该新型电能接入技术进行了研究，并在国内杂志上发表了几篇文章【3】。

重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组自2001年便开始了对国内外非接触式电能接入技术相关基础理论与实用技术的密切跟踪和研究，并与国际上在该领域研发工作处于领先水平的新西兰奥克兰大学波依斯（ProBoys）教授为首的课题组核心成员PatrickAiguoHu（呼爱国）博士进行了深层次的学术交流与科技合作，在理论和技术成果上有了较大的突破【3】。

2007年2月，课题组攻克了非接触感应供电的关键技术难题，建立了完整的理论体系，并研制出了非接触电能传输装置，该装置能够实现600W∽1000W的电能输出，传输效率为70％，并且能够向多个用电设备同时供电，即使用电设备频繁增减，也不会影响它供电的稳定性【3】。

现阶段，国内非接触电能传输主要是系统谐振频率及原副边的补偿电路拓扑等，基本上还没有脱离理论研究走向实践，有的也是在实验室研究阶段；而国外在非接触式电能传输技术的研究上已经有所突破，不断提出新的概念、新的理论、新的设计方法，不断完善系统的供电性能。

可以预计，不久后，非接触电能传输技术及产品开发会是电力电子应用最活跃的研究领域之一，也将会是工业自动化及能源利用的重点投资领域之一。

未来的十年内，实用、高性能的非接触式电源产品将会逐渐进入市场并被广泛运用。

感应耦合电能传输技术概念被提出以来，非接触式感应电能传输技术一直处在不断的发展与完善当中，而且感应耦合技术与当今的电力电子电能变换技术和单片微机控制技术灯的结合取得了不错的成就，非接触式感应耦合电能传输技术已经成为世界电能输送重点研究的前沿研究课题之一。

非接触式感应耦合电能传输（I非接触电能传输）系统摆脱了传统供电方式通过电缆直接接触的供电方式，通过松耦合感应的原理向负载提供电能，解决了电弧的问题，也避免了机构磨损所造成的问题，具有安全，环保，低维护的优点。

非基础电能传输系统主要由控制模块、能量发送模块和能量接收模块组成，两个线圈感应耦合从而实现能量的传输，其实，电能非接触传输模式是一种基于电磁感应耦合理论，现代电力电子能量变换与控制与一体的新型电能传输模式【5】。

实现了电源与用电设备不用导线连接而能完成供电目的的功能。

非接触电能传输实现电能传输过程的安全、可靠、灵活和高效的特性。

它以这些优势收到了人们的关注，不仅仅局限于汽车后盖的LED灯，在电动汽车、航空航天，新能源发电、医疗仪器、通信设备等领域也很有前景，随着材料学、电力电子器件、功率变换和控制技术的发展，非接触电能传输技术将会有理论走向实践。

本段摘自参考文献。

1.3非接触供电系统的供电原理（最好举个例子说明一下）

非接触电能传输系统是利用松耦合方式将电能从静止的一次侧绕组向运动的二次侧绕组传递能量的，利用了现代电力电子能量变换技术和磁场耦合技术，通过了现代控制理论和微电子控制技术实现了静止设备向运动设备的电能传输，使人们不再仅仅依靠接触供电技术。

与此同时，此项技术的出现也带动了相关科学技术的发展，而且具有较高的使用价值和广阔的应用前景，推动了社会发展和人类的进步。

而且相比于传统变压器初、次级线圈用完整磁芯连接，非接触供电技术的初、次级线圈处于松耦合状态，初、次级之间的耦合变化特性是整个设计的核心部分，非接触供电部分磁路的介质是空气。

非接触供电能量传输过程为：

交流电源经过整流后得到直流电压，直流电压经过交流逆变后变为高频交流，在这样的初级回路中，采用整流和高频逆变，有助于提高初级线圈电流的频率，这样能提高整个系统的传输效率和功率密度，还能减小系统的体积。

因为是非接触供电，故这里使用的是分离变压器，采用松耦合的感应方式，在分离变压器中次级线圈通过电磁感应产生感应电流，在经过整流滤波后为负载提供电压。

例如现在进入市场的手机无线充电系统、无线充电电动剃须刀都是非接触传输系统的典列。

1.4非接触供电电路的设计要求与研究目的

1）设计要求

（1）输入电压24V，非接触供电输出电压10V，具有短路保护功能，输出功率≥5W；

（2）主电路和控制电路的设计，各部分的电路的设计和分析、工作原理和驱动电路的设计，计算电路中所用的参数，重点计算非接触耦合变压器的各个参数，在此基础上