隨著科學技術的發展，我國對海洋的科考有了長足的發展。本文結合“深海抓斗”、“深海淺鉆”等海洋科考設備對其供電系統進行改進。目前多數水下設備都使用電池供電,也有部分進行電纜傳輸。本文通過對電源系統進行改進，以無電纜連接實現能量傳輸，減少對儀器設備的束縛，配合水下非接觸式耦合信息傳輸，實現“無線”水下設備,為海洋科考實驗提供更加優越的實驗環境。同時,無接觸的能量傳輸可以有效地避免因為電源插口外露、電纜拖曳斷裂帶來的安全隱患，提高系統的安全性。

常見的無線能量傳輸方式有三種：電磁感應、電磁輻射、電磁諧振。而耦合器主要有兩種形式：導軌形式、柱體形式。本設計重點闡述利用電磁耦合方式的設計方法，并提出優化策略實現水下的設備供電。

1 水下無線能量傳輸原理

根據麥克斯韋方程,變化的電場可以產生磁場，而變化的磁場又可以產生電場。本設計基于此基本原理，利用電磁耦合器件，實現電—磁—電的轉換，其中的磁是在水中傳播。同時針對水中電導率較大的情況進行模型優化。

2 系統構成

水下無線能量傳輸系統可分為三大部分：高頻逆變和后端的整流電路、控制電路及耦合器。高頻逆變和后端的整流電路可對控制信號進行驅動放大用以控制逆變電源;控制電路可產生PWM控制信號，同時根據電路的狀況進行過壓保護處理;耦合器是實現能量水下隔離傳輸的重點，其設計的好壞對傳輸效率有很大的影響。系統框圖如圖1所示。

2.1高頻逆變電路

本設計采用的是全橋整流電路實現高頻逆變，全橋逆變效率雖然不高，但實現的逆變功率較大。為此，選用了MOSFET功率器件,能夠在MOS 管發熱損耗較少的情況下，實現大功率的能量傳輸。MOS管的開關驅動電路由IR公司的驅動芯片與門級關斷鉗位電路組成。IR2110是IR公司推出的帶自舉的低成本驅動芯片，廣泛應用在各種MOS管與IGBT驅動電路中，上臂自舉能減少所需的驅動電源數目。門級關斷鉗位電路是用兩級MOS管組成反相器。驅動電路的設計關鍵點是選擇自舉電容C1與上拉電阻R23。在Q13關斷時C1能被快速充電，開通Q14，把Q13的柵源極電壓控制在門級閾值電壓以下，所以C1與R23構成的充電電路時間常數要小，以便實現快速關斷，減少開關損耗。在Q13、Q15開通時，Q14始終保持在閾值電壓以下，電容C1通過 R23對橋的左邊放電，但Q13、Q15的電平仍然要保持在高電平，所以R23的阻值要大，C1值要小，以減小由D13、R23、Q15構成的電路電流和減少自舉電源的功耗。在實際電路中采取犧牲輔助電源的部分功耗，R23選取500 Ω，便能取得一個較好的效果。全橋MOS管驅動電路如圖2所示。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠