李宗澤++任美桐

LED燈在隧道照明及顯示屏等方面有著廣泛應(yīng)用。目前LED燈采用傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)、插頭和插座等電連接器供電，易沾灰、易受腐蝕，使用受到限制。若采用非接觸方式供電，這些問(wèn)題就可以迎刃而解。

電磁感應(yīng)耦合式CPT技術(shù)是目前比較有效、研究廣泛、相對(duì)成熟的無(wú)線(xiàn)電能傳輸方案。它是一種近距離的無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)，根據(jù)傳輸設(shè)備的不同，又可分為電場(chǎng)耦合式和磁場(chǎng)耦合式。

電場(chǎng)耦合式利用平板電容器，通過(guò)在電容器一側(cè)的極板上施加高頻電壓，使極板間形成感應(yīng)電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電能在平板電容器間的傳輸。磁場(chǎng)耦合式利用電源側(cè)的線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，耦合到負(fù)載側(cè)的線(xiàn)圈，從而將能量傳遞給負(fù)載。

由于磁場(chǎng)耦合會(huì)受金屬導(dǎo)體屏蔽的影響，限制了金屬環(huán)境中LED燈的使用，所以我們采用電場(chǎng)耦合非接觸傳輸方式為L(zhǎng)ED燈提供電源。

一、基于電容耦合的非接觸電能傳輸系統(tǒng)

基于電容耦合的非接觸電能傳輸系統(tǒng)如圖1所示。首先對(duì)工頻電源進(jìn)行整流濾波獲得直流電源;然后經(jīng)過(guò)高頻逆變器變換成高頻交變電壓，并將該電壓作為兩對(duì)平行板電容器的原邊極板的輸入電壓;由于平板電容器的原、副邊極板間的電位差，形成交變感應(yīng)電場(chǎng)，從而形成位移電流，實(shí)現(xiàn)電能在電容器極板間的非接觸傳輸;最后通過(guò)高頻整流濾波電路為L(zhǎng)ED燈提供電源。

電容耦合式非接觸電能傳輸系統(tǒng)的電路拓?fù)鋱D如圖2所示。其中S1-S4為MOSFET開(kāi)關(guān)，D1-D4為反并聯(lián)二極管，C1-C4為緩沖電容，L1、L2為補(bǔ)償電感，RL為負(fù)載電阻，輸出電流為i0，輸出電壓為u0。電路中的全橋逆變器采用移相PWM控制，S1和S2構(gòu)成超前橋臂，S3和S4構(gòu)成滯后橋臂，每組橋臂的兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。

二、LED燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于電容耦合的非接觸電能傳輸LED燈系統(tǒng)原邊電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。其中D1-D4為二極管，構(gòu)成全橋整流電路，將220V工頻交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源;C1為濾波電容。S1-S4為MOSFET開(kāi)關(guān)，每個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)管兩端并聯(lián)一組二極管電容，用于吸收沖擊電壓。

副邊電路利用耦合電容，將高頻交變電源耦合到副邊極板。再利用全橋整流濾波電路，將交變電源轉(zhuǎn)換為直流電源。最后經(jīng)振蕩器，產(chǎn)生振蕩電路，用于不同顏色的LED燈閃爍。

三、結(jié)論

電容耦合非接觸電能傳輸技術(shù)利用高頻電場(chǎng)耦合，實(shí)現(xiàn)電能在電容間的傳輸?；陔娙蓠詈系姆墙佑|電能傳輸LED燈，能克服采用磁場(chǎng)耦合技術(shù)時(shí)金屬屏蔽導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)電能傳輸效率低下的不足，使非接觸電能LED燈可在金屬、水下等環(huán)境中使用，具有實(shí)際意義和獨(dú)創(chuàng)性。（指導(dǎo)老師：張 杰）