随着科学技术的发展，我国对海洋的科考有了长足的发展。本文结合“深海抓斗”、“深海浅钻”等海洋科考设备对其供电系统进行改进。目前多数水下设备都使用电池供电,也有部分进行电缆传输。本文通过对电源系统进行改进，以无电缆连接实现能量传输，减少对仪器设备的束缚，配合水下非接触式耦合信息传输，实现“无线”水下设备,为海洋科考实验提供更加优越的实验环境。同时,无接触的能量传输可以有效地避免因为电源插口外露、电缆拖曳断裂带来的安全隐患，提高系统的安全性。

常见的无线能量传输方式有三种：电磁感应、电磁辐射、电磁谐振。而耦合器主要有两种形式：导轨形式、柱体形式。本设计重点阐述利用电磁耦合方式的设计方法，并提出优化策略实现水下的设备供电。

1 水下无线能量传输原理

根据麦克斯韦方程,变化的电场可以产生磁场，而变化的磁场又可以产生电场。本设计基于此基本原理，利用电磁耦合器件，实现电—磁—电的转换，其中的磁是在水中传播。同时针对水中电导率较大的情况进行模型优化。

2 系统构成

水下无线能量传输系统可分为三大部分：高频逆变和后端的整流电路、控制电路及耦合器。高频逆变和后端的整流电路可对控制信号进行驱动放大用以控制逆变电源;控制电路可产生PWM控制信号，同时根据电路的状况进行过压保护处理;耦合器是实现能量水下隔离传输的重点，其设计的好坏对传输效率有很大的影响。系统框图如图1所示。

2.1高频逆变电路

本设计采用的是全桥整流电路实现高频逆变，全桥逆变效率虽然不高，但实现的逆变功率较大。为此，选用了MOSFET功率器件,能够在MOS 管发热损耗较少的情况下，实现大功率的能量传输。MOS管的开关驱动电路由IR公司的驱动芯片与门级关断钳位电路组成。IR2110是IR公司推出的带自举的低成本驱动芯片，广泛应用在各种MOS管与IGBT驱动电路中，上臂自举能减少所需的驱动电源数目。门级关断钳位电路是用两级MOS管组成反相器。驱动电路的设计关键点是选择自举电容C1与上拉电阻R23。在Q13关断时C1能被快速充电，开通Q14，把Q13的栅源极电压控制在门级阈值电压以下，所以C1与R23构成的充电电路时间常数要小，以便实现快速关断，减少开关损耗。在Q13、Q15开通时，Q14始终保持在阈值电压以下，电容C1通过 R23对桥的左边放电，但Q13、Q15的电平仍然要保持在高电平，所以R23的阻值要大，C1值要小，以减小由D13、R23、Q15构成的电路电流和减少自举电源的功耗。在实际电路中采取牺牲辅助电源的部分功耗，R23选取500 Ω，便能取得一个较好的效果。全桥MOS管驱动电路如图2所示。 大功率电感厂家 |大电流电感工厂