隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)海洋的科考有了長(zhǎng)足的發(fā)展。本文結(jié)合“深海抓斗”、“深海淺鉆”等海洋科考設(shè)備對(duì)其供電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。目前多數(shù)水下設(shè)備都使用電池供電,也有部分進(jìn)行電纜傳輸。本文通過(guò)對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以無(wú)電纜連接實(shí)現(xiàn)能量傳輸，減少對(duì)儀器設(shè)備的束縛，配合水下非接觸式耦合信息傳輸，實(shí)現(xiàn)“無(wú)線”水下設(shè)備,為海洋科考實(shí)驗(yàn)提供更加優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。同時(shí),無(wú)接觸的能量傳輸可以有效地避免因?yàn)殡娫床蹇谕饴丁㈦娎|拖曳斷裂帶來(lái)的安全隱患，提高系統(tǒng)的安全性。

常見(jiàn)的無(wú)線能量傳輸方式有三種：電磁感應(yīng)、電磁輻射、電磁諧振。而耦合器主要有兩種形式：導(dǎo)軌形式、柱體形式。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)闡述利用電磁耦合方式的設(shè)計(jì)方法，并提出優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)水下的設(shè)備供電。

1 水下無(wú)線能量傳輸原理

根據(jù)麥克斯韋方程,變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又可以產(chǎn)生電場(chǎng)。本設(shè)計(jì)基于此基本原理，利用電磁耦合器件，實(shí)現(xiàn)電—磁—電的轉(zhuǎn)換，其中的磁是在水中傳播。同時(shí)針對(duì)水中電導(dǎo)率較大的情況進(jìn)行模型優(yōu)化。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

水下無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)可分為三大部分：高頻逆變和后端的整流電路、控制電路及耦合器。高頻逆變和后端的整流電路可對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大用以控制逆變電源;控制電路可產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，同時(shí)根據(jù)電路的狀況進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)處理;耦合器是實(shí)現(xiàn)能量水下隔離傳輸?shù)闹攸c(diǎn)，其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)傳輸效率有很大的影響。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.1高頻逆變電路

本設(shè)計(jì)采用的是全橋整流電路實(shí)現(xiàn)高頻逆變，全橋逆變效率雖然不高，但實(shí)現(xiàn)的逆變功率較大。為此，選用了MOSFET功率器件,能夠在MOS 管發(fā)熱損耗較少的情況下，實(shí)現(xiàn)大功率的能量傳輸。MOS管的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路由IR公司的驅(qū)動(dòng)芯片與門(mén)級(jí)關(guān)斷鉗位電路組成。IR2110是IR公司推出的帶自舉的低成本驅(qū)動(dòng)芯片，廣泛應(yīng)用在各種MOS管與IGBT驅(qū)動(dòng)電路中，上臂自舉能減少所需的驅(qū)動(dòng)電源數(shù)目。門(mén)級(jí)關(guān)斷鉗位電路是用兩級(jí)MOS管組成反相器。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)是選擇自舉電容C1與上拉電阻R23。在Q13關(guān)斷時(shí)C1能被快速充電，開(kāi)通Q14，把Q13的柵源極電壓控制在門(mén)級(jí)閾值電壓以下，所以C1與R23構(gòu)成的充電電路時(shí)間常數(shù)要小，以便實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷，減少開(kāi)關(guān)損耗。在Q13、Q15開(kāi)通時(shí)，Q14始終保持在閾值電壓以下，電容C1通過(guò) R23對(duì)橋的左邊放電，但Q13、Q15的電平仍然要保持在高電平，所以R23的阻值要大，C1值要小，以減小由D13、R23、Q15構(gòu)成的電路電流和減少自舉電源的功耗。在實(shí)際電路中采取犧牲輔助電源的部分功耗，R23選取500 Ω，便能取得一個(gè)較好的效果。全橋MOS管驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠