高壓電纜感應式取電電源分析及設計

通過數(shù)值計算的方法，可求解式(10)，(11)。當負載電流斷續(xù)，i2(t)為零時，C向R放電，因而輸出電壓紋波增加且輸出功率減小。
由式(6)，(9)，(11)可畫出高壓電纜電流固定時負載輸出伏安特性曲線。可知，在電流連續(xù)區(qū)輸出電流隨輸出電壓增加而平穩(wěn)減小，存在最大功率點(MPP)；電流斷續(xù)區(qū)輸出電流隨電壓增加加速下降，輸出功率進一步減小。
2．4 取電線圈設計步驟
取電線圈的設計應盡可能提高磁芯的利用率同時避免磁芯飽和。設計步驟包括磁芯材料的選取，以及S，l，N2的確定，具體如下：
①確定取電線圈的電源參數(shù)，包括高壓電纜電流的變化范圍Ipmin～Ipmax、周期T、輸出電壓u以及輸出功率P；②較高的初始磁導率μ可使高壓電纜電流較小時獲得較大的功率，較大的飽和磁感應強度Bsat可使磁芯適應更高的u，使用壽命更長。通常磁芯可用硅鋼片疊壓而成，即可獲得較大的μ；③將所需的P、高壓電纜啟動電流Ipmin及T代入式(7)第2式可求得(S／l)min。實際設計時S／l應大于(S／l)min，取S／l =1．5(S／l)min；④由式(7)第1式可知，當P最大時，u與N2，Ip成正比。另外，u也是后續(xù)Buck電路的預設值?？梢赃x取一個穩(wěn)壓值u，使高壓電纜電流為Ipmin時獲得足夠的功率。將T，u，S／l，Imin和μ代入式(7)第1式計算出對應的N2；⑤當u為最大值時，應防止磁芯進入深飽和。將T，u，N2和Bsat代入式(2)，求得S，最后由S／l數(shù)值即可得出l；⑥磁芯的內外徑分別記為Di，Do?？紤]線圈纏繞所需的空間，Di應略大于高壓電纜的直徑D，例如取Di=1．1D。粗略計算令l=π(Di+Do)／2，代入l，Di即可求得Do；⑦根據(jù)Ipmax／N2，選擇合適的取電線圈繞組線徑，再結合Di，Do，l，估算N2匝線圈能否在磁芯上均勻繞制。若能，均勻繞制線圈，完成設計；若不能，即繞組線徑偏大，則可重新選取步驟③中S／l或步驟⑥中Di的數(shù)值，優(yōu)化取電線圈的設計參數(shù)。

3 穩(wěn)壓電路設計
穩(wěn)壓電路的設計應保證電源輸出電壓的穩(wěn)定性。圖5示出電流感應式取電電源框圖，其穩(wěn)壓電路由兩級組成。

3．1 Boost預穩(wěn)壓電路分析
電流-電壓型Boost預穩(wěn)壓電路與常規(guī)Boost電路的區(qū)別是：①輸入電源為直流電流源而非電壓源，這是由取電線圈經(jīng)整流后輸出具有電流源性質所決定；②該Boost電路中沒有使用電感，這樣在忽略整流橋壓降的情況下，輸出電壓與取電線圈兩端電壓幅值相等；③控制回路采用滯環(huán)比較方式，提高了控制速度并可減小輸出電壓紋波。
3．2 DC／DC降壓電路和自啟動電路
第1級Boost預穩(wěn)壓電路輸出電壓為42 V，通過第2級Buck電路降至15 V，供負載使用。自啟動電路可將兩級輸出電壓42 V，15 V作為輸入，輸出控制回路芯片所需的供電電壓。