专利名称：一种用于飞机胎压实时监控系统的非接触能量传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非接触能量传输装置，尤其是一种飞机胎压实时监控系统中的非
接触能量传输装置。
背景技术：
飞机胎压实时监控系统是一种对轮胎内部的气压进行监测，通过数据总线和显示
器向机组人员或维护人员提供轮胎的实际压力，可对轮胎的压力异常进行告警，并可根据
驾驶员指令对飞机轮胎压力进行调控的装置，它是保证飞机安全的一项新技术。在日常维
护中，该系统也可免去对轮胎压力进行地面人工测量，减轻对轮胎的维护工作量。 飞机胎压实时监控系统中机轮内监测模块位于机轮上随机轮一起高速旋转，工作
环境恶劣，需要承受高低温、水气腐蚀、盐雾腐蚀、沙尘、强振动、大离心力等苛刻条件，因此
其供电是一个技术难题。 目前旋转部件供电主要有以下几种方法1)采用滑环供电；2)采用电池供电；3) 非接触能量传输供电。 滑环属于滑动电接触范畴，是实现两个相对转动部件电能传输的精密装置，但在
飞机胎压实时监控系统中，摩擦、震动、接触火花和积碳等因素限制了其应用。 另一种方法是通过电池供电，发表于《计算机测量与控制》的文章《飞机轮胎压力
监控系统研究》便采用的这种供电方式，目前迅速发展的汽车轮胎压力监测技术也是采用
的这种供电方式。但电池容量有限，需要定期更换，并且体积大，安装不便，难以在飞机上
恶劣的高低温工作环境下应用，否则电池会发生电量损失、腐蚀破坏，甚至有爆炸起火的危险。 还有一种方法是非接触能量传输供电，如发表于《计算机测量与控制》的文章《胎 压检测系统中的非接触电能传输技术》和公开号为CN 101026033A的专利《无接触电力传 输系统》，这种技术采用旋转变压器电磁耦合实现，初级变换和次级变换均采用谐振技术。 但由于谐振的电感和电容参数易受温度的影响，在飞机胎压实时监控系统中，环境温度大 幅度变化导致非接触能量传输并不一定工作于谐振状态下。并且，出于不能对飞机胎压实 时监控系统的旋转变压器耦合通信产生干扰的目的，P丽波频率较低(2kHz)，而电感数值 由旋转变压器结构决定，使得能够使该装置谐振的电容体积和容值很大，因而谐振难以实 现。
发明内容
为了克服现有技术在飞机胎压实时监控系统中不能可靠供电的不足，本发明提供 一种非接触能量传输装置，初级变换和次级变换无需采用谐振技术，能够在飞机上恶劣的 环境下工作。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括初级直流电源、初级变换器、旋 转变压器、次级变换器和次级直流电源，所述的初级变换器包括P丽控制器和逆变网络，次级变换器包括整流滤波电路和稳压变换电路。初级直流电源直接输入初级变换器中的逆变 网络，通过P丽控制器控制的逆变网络实现逆变，将直流电源逆变为P丽波，施加到旋转变 压器的初级绕组两端，由于感应耦合作用，会使旋转变压器次级绕组产生感应电压，该感应 电压依次经过次级变换器的整流滤波电路和稳压变换电路，输出至次级直流电源，便实现 了非接触能量传输。 上述的逆变网络为H桥结构，H桥桥路开关的开通与关断由P丽控制器控制。P丽 控制器由P丽专用控制芯片SG3525实现。P丽开关频率出于不能对飞机胎压实时监控系统 中的旋转变压器耦合通信产生干扰的目的，选用较低的频率2kHz。
上述的H桥桥路开关为全控型器件，可为M0SFET或IGBT。 本发明的有益效果是1)本发明利用旋转变压器进行能量传输，将传统变压器的
感应耦合磁路分开，初、次级绕组分别绕制于可相互旋转的旋转变压器定子磁芯和转子铁
芯上，实现电源和负载间的非接触能量耦合，可以保证初级和次级之间电气绝缘，没有裸露
导体存在，不存在机械摩擦和磨损，不会产生电火花，能量传输不受尘土、污物、水等环境因
素的影响，可在飞机上恶劣的环境下应用。2)本发明装置将传统非接触能量传输装置的初
级补偿网络和次级补偿网络去掉，不采用谐振控制技术，逆变网络输出直接连接到旋转变
压器初级绕组，施加到初级绕组上的实际上是P丽波(方波)，而非采用谐振控制技术的正
弦波。旋转变压器次级绕组耦合的P丽波直接送入整流滤波电路，这样做的缺点是损失了
部分效率，但好处是避免了加入体积很大、容量很大的电容作为补偿网络，而由于环境温度
的影响，补偿网络并不一定总是起到补偿作用。 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为传统非接触能量传输系统框图。 图中，1-初级直流电源，2-初级变换器，3-初级补偿网络，4-旋转变压器，5-次级 补偿网络，6-次级变换器，7-次级直流电源，8-P丽控制器，9-逆变网络，10-整流滤波电路， 11-稳压变换电路。 图2为飞机胎压实时监控系统非接触能量传输装置框图。 图3为初、次级变换器原理图。 图4为初级变换器P丽控制器原理图。 图中，12-SG3525A， 13-定时电阻RT， 14-定时电容CT， 15-放电电阻RD。
具体实施例方式
如图2所示，本发明包括初级直流电源1、初级变换器2、旋转变压器4、次级变换 器6和次级直流电源7，初级变换器1还包括P丽控制器8和逆变网络9，次级变换器6还 包括整流滤波电路10和稳压变换电路11。初级直流电源1为+28V机上低压直流电源，直 接输入初级变换器2中的逆变网络9，通过逆变网络9实现逆变，将直流初级直流电源1逆 变为P丽波，直接施加到旋转变压器4的初级绕组两端，由于感应耦合作用，会使旋转变压 器4次级绕组产生感应电压，该感应电压经整流滤波电路10和稳压变换电路11得到+12V 输出的次级直流电源7，便实现了非接触能量传输。
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参照图3，逆变网络9由开关管Sl、 S4和S2、 S3组成H桥结构，其开通与关断由 P丽控制器8控制，将直流初级直流电源1逆变为P丽波的原理如下桥臂上的Sl和S4，S2 和S3交替导通，在变换过程的第一个半周内，Sl和S4同时导通，S2和S3截止，然后在第二 个半周内，S2和S3同时导通，Sl和S4截止。这样，直流初级直流电源1被变换为P丽波。 P丽波直接施加到旋转变压器4的初级绕组上，经耦合，可将初级直流电源1能量传递到旋 转变压器4次级绕组上，次级变换器经过整流滤波电路10和稳压变换电路ll，便可得到符 合要求的稳定直流次级直流电源7。整流滤波电路10由二极管Dl， D2， D3和D4组成桥式 不可控整流拓扑，电容C用于滤波。 上述的H桥桥路开关管Sl、 S4和S2、 S3为M0SFET，型号为IRF640 ;整流滤波电路 10中的二极管D1，D2，D3和D4为硅整流二极管，型号为1N4007，电容C为耐压35V，容量为 100 ii F的钽电容；稳压变换电路11为线性三端稳压器LM7812。 参照图4， P丽控制器8采用开环控制，主要通过产生恒频、定占空比的P丽脉冲信 号来控制开关管Sl、 S4和S2、 S3的通断，达到能量传递的目的。本发明采用P丽集成芯片 SG3525A 12产生P丽信号，具有线路简单，易于控制，无需编程等优点。该控制芯片是公知 的成熟的P丽控制芯片，其工作原理不再赘述，详情请参阅ON Semiconductor公司的数据 手册"Pulse Width Modulator Control Circuit"。本发明中有两个问题需要注意
第一，死区时间设置问题。在初级变换器2的P丽控制器8中，如果SG3525A
12输出的P丽信号存在导通时的重合，则会导致上下开关管的直接导通，而这是 不允许的。因此，需要设置死区时间来防止这一情况的发生。SG3525A 12死区时间的设置 是通过延迟设定引脚(DISCHARGED脚)的放电电阻R。 15来实现的，本发明中，RD = 10 Q ， 设定死区时间为8iis。 第二，P丽频率设置问题。为了减小电感、电容等器件的体积，使电路小型化，减小 失真并保持高的变换效率，P丽频率应该选的高一些。但在本发明中，出于不会对飞机胎压 实时监控系统中的旋转变压器耦合通信产生干扰的目的，选用较低的P丽频率2kHz。在初 级变换器2中，SG3525A 12的P丽频率由下式决定
<formula>formula see original document page 5</formula> 其中f为P丽频率，本发明中各参数取值分别为RT = 3. 3kQ，CT = 0. liiF，R。= 10 Q 。
权利要求
一种用于飞机胎压实时监控系统的非接触能量传输装置，包括初级直流电源、初级变换器、旋转变压器、次级变换器和次级直流电源，其特征在于所述的初级变换器包括PWM控制器和逆变网络，次级变换器包括整流滤波电路和稳压变换电路；初级直流电源直接输入初级变换器中的逆变网络，通过PWM控制器控制逆变网络将直流电源逆变为PWM波，施加到旋转变压器的初级绕组两端，在旋转变压器次级绕组产生感应电压，该感应电压依次经过次级变换器的整流滤波电路和稳压变换电路，输出至次级直流电源。
2. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的非接触能量传输装置，其 特征在于所述的逆变网络为H桥结构，H桥桥路开关的开通与关断由P丽控制器控制。
3. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的非接触能量传输装置，其 特征在于所述的P丽控制器采用P丽专用控制芯片SG3525。
4. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的非接触能量传输装置，其 特征在于所述的P丽波的开关频率为2kHz。
5. 根据权利要求1所述的一种用于飞机胎压实时监控系统的非接触能量传输装置，其 特征在于所述的H桥桥路开关为全控型器件，采用M0SFET或IGBT。
全文摘要
本发明公开了一种用于飞机胎压实时监控系统的非接触能量传输装置，包括初级直流电源、初级变换器、旋转变压器、次级变换器和次级直流电源，其特征在于所述的初级变换器包括PWM控制器和逆变网络，次级变换器包括整流滤波电路和稳压变换电路；初级直流电源直接输入初级变换器中的逆变网络，通过PWM控制器控制的逆变网络实现逆变，将直流电源逆变为PWM波，施加到旋转变压器的初级绕组两端，在旋转变压器次级绕组产生感应电压，该感应电压依次经过次级变换器的整流滤波电路和稳压变换电路，输出至次级直流电源。本发明可在飞机上恶劣的环境下应用，避免了加入体积很大、容量很大的电容。
文档编号H02J17/00GK101764436SQ20101001356
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者张谦, 李兵强, 林辉, 齐蓉 申请人:西北工业大学;西安航空制动科技有限公司