高压电缆感应式取电电源分析及设计

通过数值计算的方法，可求解式(10)，(11)。当负载电流断续，i2(t)为零时，C向R放电，因而输出电压纹波增加且输出功率减小。
由式(6)，(9)，(11)可画出高压电缆电流固定时负载输出伏安特性曲线。可知，在电流连续区输出电流随输出电压增加而平稳减小，存在最大功率点(MPP)；电流断续区输出电流随电压增加加速下降，输出功率进一步减小。
2．4 取电线圈设计步骤
取电线圈的设计应尽可能提高磁芯的利用率同时避免磁芯饱和。设计步骤包括磁芯材料的选取，以及S，l，N2的确定，具体如下：
①确定取电线圈的电源参数，包括高压电缆电流的变化范围Ipmin～Ipmax、周期T、输出电压u以及输出功率P；②较高的初始磁导率μ可使高压电缆电流较小时获得较大的功率，较大的饱和磁感应强度Bsat可使磁芯适应更高的u，使用寿命更长。通常磁芯可用硅钢片叠压而成，即可获得较大的μ；③将所需的P、高压电缆启动电流Ipmin及T代入式(7)第2式可求得(S／l)min。实际设计时S／l应大于(S／l)min，取S／l =1．5(S／l)min；④由式(7)第1式可知，当P最大时，u与N2，Ip成正比。另外，u也是后续Buck电路的预设值。可以选取一个稳压值u，使高压电缆电流为Ipmin时获得足够的功率。将T，u，S／l，Imin和μ代入式(7)第1式计算出对应的N2；⑤当u为最大值时，应防止磁芯进入深饱和。将T，u，N2和Bsat代入式(2)，求得S，最后由S／l数值即可得出l；⑥磁芯的内外径分别记为Di，Do。考虑线圈缠绕所需的空间，Di应略大于高压电缆的直径D，例如取Di=1．1D。粗略计算令l=π(Di+Do)／2，代入l，Di即可求得Do；⑦根据Ipmax／N2，选择合适的取电线圈绕组线径，再结合Di，Do，l，估算N2匝线圈能否在磁芯上均匀绕制。若能，均匀绕制线圈，完成设计；若不能，即绕组线径偏大，则可重新选取步骤③中S／l或步骤⑥中Di的数值，优化取电线圈的设计参数。

3稳压电路设计
稳压电路的设计应保证电源输出电压的稳定性。图5示出电流感应式取电电源框图，其稳压电路由两级组成。

3．1 Boost预稳压电路分析
电流-电压型Boost预稳压电路与常规Boost电路的区别是：①输入电源为直流电流源而非电压源，这是由取电线圈经整流后输出具有电流源性质所决定；②该Boost电路中没有使用电感，这样在忽略整流桥压降的情况下，输出电压与取电线圈两端电压幅值相等；③控制回路采用滞环比较方式，提高了控制速度并可减小输出电压纹波。
3．2 DC／DC降压电路和自启动电路
第1级Boost预稳压电路输出电压为42 V，通过第2级Buck电路降至15 V，供负载使用。自启动电路可将两级输出电压42 V，15 V作为输入，输出控制回路芯片所需的供电电压。