4 试验结果及分析
为了证明三芯电缆非侵人式取电装置的可靠性,根据设计方案制作了取电装置的实物,并进行了相关试验。
4.1线圈上电压波形
取电装置每个线圈匝数为300匝,给电缆通上60A的电流,测得线圈空载输出的电压波形如图7所示,为电流同频率的较标准正弦波。
4.2取电装置负载分析
(1)持续负载(阻值较大)。在取电装置整流滤波电路后接入能量存储及稳压输出电路,在MAX1771。芯片的输出端 REG接一个750kΩ的负载电阻,则输出电压为3. 3V,持续电流为4. 4μA,持续输出功率为14. 52μW。
(2)瞬间负载(阻值较小)。取电装置输出端先保持空载,300A的电缆电流对储能电容进行充电,直至达到MAX17710芯片的限制电压4. 1 V。此时,在3. 3V的稳压输出端REG接入一个241Ω的负载电阻,测得储能电容上的电压从4. 1 V降至3. 3V的波形如图8所示。
由图8可知,储能电容上的电压在740ms内从4. 1 V降至3. 3 V期间,MAX17710的REG端输出电压维持3. 3V不变,产生一个13. 7mA的脉冲电流。负载上消耗的能量为:
由式(7)计算出负载为241Ω时,740ms内消耗的能量为33. 4mj。负载阻值为147Ω和75Ω时,测得储能电容上电压从4. 1 V降至3. 3V所需时间并计算出负载消耗的能量见表1。
试验结果表明,取电装置经过一段时间充电,接入一定负载后,能在较短时间内产生一个脉冲电流,对负载提供一定的功率,故该装置可用于无线传感器(WSN)等功耗很低的设备的供电。
5 结束语
本文设计并制作了一种三芯电缆非侵人式取电装置。建立该取电装置的二维模型,通过场路藕合仿真证明了其可行性。制作该取电装置的实物并进行试验,结果证明取电装置经过一段时间充电,接入负载后,能在短时间内提供较小的功率,满足无线传感器等低功耗设备的供电需求。
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