摘要：給出一種具有無線反饋全橋非接觸電動(dòng)汽車充電電路。非接觸充電電路初級(jí)線圈向電動(dòng)汽車底盤上的次級(jí)線圈傳遞電能。無線反饋電路將負(fù)載電壓的取樣信號(hào)無線反饋到非接觸充電電路中初級(jí)電路的控制端，通過系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變初級(jí)電路全橋變換器的占空比，使輸出功率穩(wěn)定在設(shè)定值。此外，該電路還具有智能檢測電池電量、自動(dòng)投入充電、浮充和停充功能。仿真與實(shí)驗(yàn)證明了電路的可行性。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；非接觸供電；無線反饋

1 引言
    電動(dòng)汽車采用的非接觸充電系統(tǒng)(InductivelyCoupled Power Transfer，簡稱ICFT)，以電磁感應(yīng)方式使初級(jí)線圈向次級(jí)線圈傳輸電能。將次級(jí)線圈安裝在汽車底盤上，初級(jí)線圈安裝在停車位的地面下，當(dāng)電動(dòng)汽車?？康接泄潭ㄜ囄坏墓╇娋€圈裝置上時(shí)，受電線圈即可接受電能，對(duì)電池充電。一般電動(dòng)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(diǎn)。實(shí)驗(yàn)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(fù)載兩端的電壓波動(dòng)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(jí)電路的輸出功率，達(dá)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(jí)電路和次級(jí)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(shí)實(shí)現(xiàn)智能控制和穩(wěn)壓功能。

    圖1中，初級(jí)電路由功率開關(guān)管VS1～VS4構(gòu)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(shè)定為30 kHz。
    L11，L12組成非接觸耦合變換器。C1，C4為初、次級(jí)線圈的補(bǔ)償電容，初級(jí)電源、初級(jí)變換器和初級(jí)線圈L31安裝在地面下；次級(jí)線圈L12、次級(jí)變換器安裝在汽車底盤內(nèi)。初、次級(jí)之間電氣隔離。
VD1，VD2和C2，C3構(gòu)成二倍壓整流電路，經(jīng)L2，C5濾波后給負(fù)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(gè)方波電壓源，其內(nèi)阻RS主要是供電電網(wǎng)計(jì)費(fèi)電表以前的等效內(nèi)阻?？梢?，使RL獲得最大傳輸功率的必要條件是使初、次級(jí)電路處于諧振狀態(tài)。根據(jù)此規(guī)律，通過理論計(jì)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(hào)發(fā)射電路
    無線信號(hào)發(fā)射電路如圖2所示。該電路由含有單片機(jī)的無線發(fā)射模塊NRF24E1和外圍電路構(gòu)成。R1，R2構(gòu)成電阻分壓電路，R2兩端的取樣電壓信號(hào)送入NRF24E1的模擬量輸入端AIO，此端口具有A／D轉(zhuǎn)換功能，將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)發(fā)射給接收電路。當(dāng)負(fù)載電壓設(shè)定在24 V時(shí)，通過精確選擇R1，R2比值，設(shè)定取樣電壓信號(hào)幅度為1 V。

3．2 無線信號(hào)接收及反饋觸發(fā)電路
    圖3為無線信號(hào)接收及反饋控制電路。通過軟件設(shè)定用于接收信號(hào)。無線模塊收到數(shù)字信號(hào)后．再用芯片TLC5615實(shí)現(xiàn)D／A串行轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為約1V的模擬信號(hào)，并由第7引腳輸出。將此模擬電壓信號(hào)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(zhǔn)電壓，經(jīng)電阻精確分壓，使SG3525的2腳(同相輸入端)得到標(biāo)準(zhǔn)的1 V電壓信號(hào)。SG3525通過實(shí)時(shí)比較1，2腳電壓信號(hào)的差值，自動(dòng)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(jí)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(dòng)處理功能：當(dāng)汽車不在停車位時(shí)，信號(hào)接收電路收不到信號(hào)，非接觸供電初級(jí)電路自動(dòng)關(guān)閉，起到節(jié)能作用；通過對(duì)負(fù)載電壓的檢測自動(dòng)判斷蓄電池的充電程度，自動(dòng)切換到浮充和停充狀態(tài)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
    設(shè)計(jì)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(dòng)汽車非接觸充電電路，工作頻率fs=30 kHz，負(fù)載為1 kVA，48 V的電動(dòng)汽車專用蓄電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)，當(dāng)初、次級(jí)線圈相距10 cm時(shí)，得到的感應(yīng)耦合系數(shù)為0．15。經(jīng)精確選擇關(guān)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(hù)功能。當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，次級(jí)線圈兩端的電壓自動(dòng)趨于零，起到自動(dòng)保護(hù)的作用。