3 技術路線

　　3.1 基于電容耦合的非接觸電能傳輸技術（CPT）

　　遠距離功率傳輸的關鍵問題是減少損耗，提高效率，就目前的科技水平，即使是近距離傳輸的效率也難以與有線傳輸相比，所以感性傳輸技術顯得尤為重要。根據需要，參考了兩種耦合結構，它們都由兩對金屬板組成，每對金屬板間的耦合距離為1 mm。

　　圖2所示為碟形結構，兩個圓盤形成了一對耦合板，下面的圓盤靜止不動并連在輸入電源上，上面的圓盤旋轉并連在輸出的負載上。

　　圖3所示為柱形結構，圓柱1和2形成了一對耦合板，圓柱3和4形成了另一對。兩個外部的圓柱靜止不動并連在輸入電源上，兩個內部的圓柱旋轉并連在輸出的負載上。

　　可以證明，對于上述結構來說，當兩對耦合板的耦合面積相等且板的總面積保持相同時，總的等效電容達到最大值。設計負載由多個最大阻值為1.3 Ω的傳感器組成，其結果是，柱形結構的等效電容最大值是碟形結構的三倍，因此選用柱形結構作為優先型。典型的基于電容耦合的非接觸電能傳輸系統如圖4所示，直流輸入電壓Edc經過功率逆變器變換成高頻交流電壓，并作為原邊金屬板的輸入電壓，當副邊的兩塊金屬板與之鄰近且存在電位差的時候，原邊的交變電場就會對副邊金屬板產生感應，從而實現電場耦合并向負載Rl供能。

　　CPT系統的電路拓撲如圖5，在原邊，直流電源Edc與直流電感Ld共同組成準電流源，S1～S4構成高頻能量變換環節，通過與這兩個開關對180°交互導通。這兩對開關管通過ZVS（zero voltage switching）的工作方式進行切換，即通過檢測Vcp的過零點來完成開關對的切換過程，實現正反向兩種能量注入模式。由于切換過程在過零點進行，其開關切換損耗在理論上為零。在電路中，CS的等效串聯電阻ESR如下：

　　根據以上分析，通過將逆變網絡輸出端電路（虛線）看出二端口網絡，可以建立諧振網絡的等效電路，如圖6所示。

　　在電路中，Cp構成并聯諧振網絡，Cs2為原副邊電容耦合板的等效電容，調諧電感Ls與Cs1、Cs2構成串聯諧振網絡。

　　3.2 開關電源

　　開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和 MOSFET構成。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。開關電源可以分為隔離式DC/DC轉換器和非隔離式DC/DC轉換器。簡單地說，開關電源的工作原理如下：

　　1）交流電源輸入經整流濾波成直流;

　　2）通過高頻PWM（脈沖寬度調制）信號控制開關管，將那個直流加到開關變壓器初級上;

　　3）開關變壓器次級感應出高頻電壓，經整流濾波供給負載。

　　4）輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達到穩定輸出的目的。

　　在功率相同時，開關頻率越高，開關變壓器的體積就越小，因而，與普通開關相比，開關電源可以用較小的體積實現較大的功率傳輸，且損耗較小。并通過將這種方法應用到實際ICPT系統中以驗證該方法的有效性。

　　與線性電源相比，PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。開關電源伯特圖脈沖的占空比由

　　開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經過整流濾波后就得到直流輸出電壓。

　　4 結束語

　　無線功率傳輸作為朝陽產業，有著廣闊的前景和應用背景。會對人類未來的能源傳輸方式產生變革式的影響。其特點是損耗小，安全，方便，可以在特殊情況下使用。需要解決的問題是感性傳輸技術和開關電源的應用，提高效率，改善結構。