摘要：給出一種具有無線反饋全橋非接觸電動汽車充電電路。非接觸充電電路初級線圈向電動汽車底盤上的次級線圈傳遞電能。無線反饋電路將負載電壓的取樣信號無線反饋到非接觸充電電路中初級電路的控制端，通過系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，改變初級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、自動投入充電、浮充和停充功能。仿真與實驗證明了電路的可行性。
關(guān)鍵詞：電動汽車；非接觸供電；無線反饋

1 引言
    電動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)方式使初級線圈向次級線圈傳輸電能。將次級線圈安裝在汽車底盤上，初級線圈安裝在停車位的地面下，當(dāng)電動汽車?？康接泄潭ㄜ囄坏墓╇娋€圈裝置上時，受電線圈即可接受電能，對電池充電。一般電動汽車可在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。實驗表明，非接觸充電系統(tǒng)耦合系數(shù)較低，通常在0．13～0．2之間，負載兩端的電壓波動較大。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，改變初級電路的輸出功率，達到穩(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電路和次級電路；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，可同時實現(xiàn)智能控制和穩(wěn)壓功能。

    圖1中，初級電路由功率開關(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、次級線圈的補償電容，初級電源、初級變換器和初級線圈L31安裝在地面下；次級線圈L12、次級變換器安裝在汽車底盤內(nèi)。初、次級之間電氣隔離。
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方波電壓源，其內(nèi)阻RS主要是供電電網(wǎng)計費電表以前的等效內(nèi)阻?？梢?，使RL獲得最大傳輸功率的必要條件是使初、次級電路處于諧振狀態(tài)。根據(jù)此規(guī)律，通過理論計算和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 無線信號發(fā)射電路
    無線信號發(fā)射電路如圖2所示。該電路由含有單片機的無線發(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)字信號發(fā)射給接收電路。當(dāng)負載電壓設(shè)定在24 V時，通過精確選擇R1，R2比值，設(shè)定取樣電壓信號幅度為1 V。

3．2 無線信號接收及反饋觸發(fā)電路
    圖3為無線信號接收及反饋控制電路。通過軟件設(shè)定用于接收信號。無線模塊收到數(shù)字信號后．再用芯片TLC5615實現(xiàn)D／A串行轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為約1V的模擬信號，并由第7引腳輸出。將此模擬電壓信號送至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。SG3525通過實時比較1，2腳電壓信號的差值，自動改變
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處理功能：當(dāng)汽車不在停車位時，信號接收電路收不到信號，非接觸供電初級電路自動關(guān)閉，起到節(jié)能作用；通過對負載電壓的檢測自動判斷蓄電池的充電程度，自動切換到浮充和停充狀態(tài)。

4 實驗結(jié)果與結(jié)論
    設(shè)計輸入直流電壓Udc=310 V(由市電整流得到)，輸出直流電壓Uo=48 V的電動汽車非接觸充電電路，工作頻率fs=30 kHz，負載為1 kVA，48 V的電動汽車專用蓄電池。實驗結(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驗，當(dāng)初、次級線圈相距10 cm時，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、過電流保護功能。當(dāng)負載出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，次級線圈兩端的電壓自動趨于零，起到自動保護的作用。