基于T型CLC谐振网络的恒压型电场耦合电能传输系统负载自适应技术

针对电场耦合无线电能传输(ECPT)系统的负载自适应问题以及如何保证系统负载在一定范围变化下具有恒压输出特性问题,基于T型CLC谐振网络提出了一种具有负载自适应特性的恒压型ECPT系统。分析T型CLC谐振网络的特性,推导出系统输出电压与负载电阻无关的表达式,建立系统满载和空载时的稳态模型,给出了系统参数设计方法。最后,利用仿真和实验验证了该文提出的ECPT系统及其参数设计方法的可行性和有效性。     

基于双侧F-LCLC网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(ECWPT)系统借助高频电场作为能量介质来传输能量。在实际应用中,许多用电设备需要工作在稳定电压下。为了满足这种需求,提出了一种基于双侧F-LCLC谐振网络的恒压型ECWPT系统,在无需额外设置检测与调节电路的条件下,实现了输出电压不随负载的变化而改变,同时保证系统始终工作于零相角(ZPA)状态。分析了F-LCLC谐振网络正向与反向两种形式的传输特性,给出了网络输出电压与其负载阻值无关的条件,并研究了系统的总谐波畸变率、恒压特性及参数敏感性,在此基础上给出了系统主要参数的设计方法。最后,通过仿真与实验验证了所提出系统的恒压特性以及参数设计方法的正确性。     

基于F-F/T变结构谐振网络的 恒压-恒流型电场耦合电能传输系统

电场耦合电能传输(ECPT)技术是一种以高频电场作为能量介质的无线传能方式。在实际应用中,有些用电设备在不同的运行阶段需要不同类型的输入电源。当ECPT系统为此类设备供电时,不仅要求系统的输出不能随着负载的改变而发生较大的浮动,还需要系统的输出特性能够在电压源与电流源之间转换。针对这种需求,提出一种基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型ECPT系统,分析T-CLC网络、F-LCLC和F-CLCL网络的传输特性,分别建立T网络与两种F网络的恒流输出和恒压输出条件,给出恒流T网络和恒压F-CLCL网络的拓扑转换方法,并在网络传输特性的基础上给出系统的主要参数设计方法。最后通过仿真与实验验证了所提系统的恒压和恒流输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。     

LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输系统传输特性分析

针对LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输(ECPT)系统的参数敏感性较高的问题,基于阻抗变换原理建立系统的电压增益模型,分析负载品质因数Q、LCL网络电感比值k以及电容比值a和b对系统电压增益的影响规律;给出使系统电压增益相对变化率不高于40%的4个参数选值区间,实现高阶ECPT系统的低参数敏感性运行;最后通过实验验证电压增益模型和参数选值区间。所获得的研究结果为ECPT系统的实际设计提供了较好的理论指导。     

基于Π-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制

电场耦合型无线电能传输技术是一种以高频电场作为能量介质的无线电能传输方式。为解决耦合机构的高压激励需求与高频电能变换环节中开关管的低压需求之间相互制约的矛盾,提出一种发射端采用Π-CLC谐振电路,拾取端采用S型串联补偿的Π-S型电路拓扑。在分析Π-CLC谐振电路特性的基础上,给出具有发射极板间电压泵升效果的谐振电路参数配置方法,并针对传输距离变化引起的系统传输性能下降的问题,提出一种基于相控电感的无级调谐方法。可实现传输距离在1~5mm范围内变化时系统始终工作在谐振状态,提高了系统的功率因数和稳定性。仿真和实验结果验证了所提出的电路拓扑及调谐方法的有效性和正确性。     

采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。     

基于ECPT无线传输技术的恒压输出特性传输结构

电场耦合式无线电能传输（ECPT）技术借助金属极板在高频电场中激发出的位移电流来实现无线电能的传输。在实际运用中，部分用电设备的负载可能会发生变化，但所需的电压不会发生大的改变，对此提出一种包含T型与π型CLC结构的复合谐振简化拓扑（其中T型结构用以输出稳定高频电流，π型结构用以输出稳定电压），并利用基波等效法对两种拓扑结构进行分析。最后，通过搭建一套可传输135 W电能的恒压ECPT系统进行仿真与试验，验证了所提出结构的特性。该ECPT结构具有电路结构简单、经济、可靠的优点。     

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。     

变结构LC-CLCL拓扑恒压恒流型电场耦合电能传输系统

该文提出一种变结构LC-CLCL拓扑电场耦合电能传输(electric-field coupled power transfer,ECPT)系统,可实现负载变化下的恒压或恒流输出,对电池类负载的稳定充电具有重要意义。首先,给出LC-CLCL补偿ECPT系统的基本结构及切换策略,并建立等效数学模型;然后,分析恒流、恒压及空载模式下的系统特性,建立恒压恒流实现条件,且能保证系统负载切除时自动进入低功耗状态,此基础上,给出系统参数设计方法;最后,搭建仿真和实验系统,在输入电压恒定情况下,实现1A的恒流输出,50V的恒压输出,验证所提方法的有效性和正确性。     

E类源磁谐振无线驱动LED系统的恒流设计

采用E类放大器的磁谐振方式无线驱动LED系统中,由于前端E类放大器对末端负载变化敏感,而影响LED负载的恒流驱动特性。基于此,首先通过引入改进E类放大器实现其恒压输出特性,进一步在线圈传输网络的输出侧增加无源补偿网络,设计其输出阻抗近似为无穷大,以实现LED负载的恒流驱动。无源补偿网络采用二端口传输矩阵法设计其输出阻抗,并根据设计条件确定出相应的电路结构及参数。最后考虑了在寄生参数影响的情况下,对磁谐振无线电能驱动LED系统的传输特性进行了分析,并通过仿真和实验验证了该系统恒流设计方法的有效性。     

电场耦合无线电能传输系统负载软切换控制技术

负载的移除或投入使电场耦合无线电能传输(ECPT)系统的拓扑结构发生改变,通常会对开关管造成较大的冲击,使得系统无法正常工作。针对此问题,围绕基于E类变换器的ECPT系统的基本特性分析,利用负载移除前、后系统的等效电路形式基本一致的特点,给出实现系统负载软切换需具备的条件,并提出一种参数设计方法使得系统在固定的工作频率下即可实现负载的软切换。最后利用该方法得到一组参数,在Matlab仿真平台下构建系统的仿真模型并搭建实验电路,仿真和实验结果验证了该方法的可行性。系统在负载投入时为负载提供需要的功率并工作在稳定状态,系统效率达到85%以上,在负载移除后工作在低功耗状态。     

基于UCC3895的谐振式无线电能传输系统分析与设计

通过对谐振式无线电能传输系统原理结构的分析,针对无线电能传输系统中磁耦合结构固有的松耦合特性,导致磁耦合结构耦合系数小、漏感大、消耗大量的无功功率,提出了一种在传统谐振网络中加入阻抗匹配网络的更适合于实际工程应用的改进型谐振网络,并给出谐振网络参数的设计要点.最后搭建了基于UCC3895控制芯片的移相全桥无线电能传输系统的试验平台,对系统的提离特性、偏移特性以及负载特性等进行了测量与分析.结果表明,在一定的距离范围内该系统具有良好的电能传输效果.     

考虑整流性负载特性的LCC-S型无线电能传输系统优化设计

无线电能传输系统中的整流性负载具有非线性特征,而对系统传输特性分析和谐振参数设计时常采用基波分析法,将整流性负载等效为纯电阻,导致理论分析与实际存在一定偏差、系统偏离谐振状态。针对该问题,以LCC-S型无线电能传输系统为研究对象,考虑谐波以及整流性负载的非线性,对系统传输特性进行分析,进而提出基于整流性负载补偿的负载阻抗和接收端串联谐振电容参数的计算方法,并对逆变电路开关特性进行分析验证。所提接收端谐振参数设计方法能够使系统接收端回路谐振,提高系统的输出功率;降低逆变电路开关管的关断电流,提升系统的传输效率。搭建了一套2.5 kW的LCC-S型无线电能传输实验平台,验证了理论分析与所提参数设计方法的有效性和正确性。     

基于跳频控制策略的串联-串联谐振无线电能传输系统的参数优化设计方法

无线电能传输是一种方便、安全的电能传输方式。以实现蓄电池快速无线充电的串联-串联(SS)型谐振无线电能传输系统为研究对象,设计蓄电池三段式充电曲线,提出一种与之相对应的分段跳频控制策略。根据蓄电池充电曲线特征、SS谐振网络的恒压恒流特性和分段跳频控制策略,提出一种适用于蓄电池全范围充电的谐振网络参数优化设计的方法,为无线电能传输系统参数的优化设计提供了理论依据。搭建SS谐振无线电能传输装置,验证了参数选择的合理性和控制策略的有效性。在一次、二次侧之间距离12.5cm下,该装置实现了蓄电池的全范围三段式充电,并且整机效率最优达到93.5%。     

不对称补偿MCR-WPT系统的传输特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统宽负载范围下恒流输出的问题,进行了不对称谐振补偿结构传输特性及其参数设计方法的研究。分析了谐振补偿元件的工作条件,基于T型等效电路和叠加原理推导了补偿结构电流和电压表达式,该补偿结构输入功率因数为1、输出特性近似恒流源特性;进行了不对称WPT设计方法研究,通过设计初级谐振补偿电容提高了系统最大输出功率,降低了次级整流器件的电流应力。最后进行了仿真和实验设计,验证了系统在工作频率为85 k Hz、负载范围为20~200Ω时的恒流输出特性。结果表明,采用的参数设计方法简单有效,能降低系统设计难度;设计的不对称谐振补偿结构提高了系统的稳定性,为软开关提供了有利条件。     

电场耦合式无线电能传输技术的发展现状

电场耦合式无线电能传输(ECPT)是一种通过金属极板之间的耦合电容实现能量无线传输的技术,以其良好的传能特性、不产生涡流、成本低、损耗低等优点获得了广泛的关注,成为当下无线电能传输研究的一个热点.该文首先介绍ECPT技术的发展历程和基本原理;然后对近年来国内外ECPT技术的研究成果进行分析和系统综述,具体论述ECPT的...     

基于全局负载牵引的兆赫兹恒压输出无线电能传输系统优化设计方法

近年来无线电能传输技术在消费电子领域得到广泛应用,而接收端的恒压/恒流输出特性可以显著简化负载功率的控制。兆赫兹（MHz）无线电能传输系统由于其各环节复杂的阻抗特性,使得千赫兹系统中常用的恒压/恒流拓扑设计难以达到其应有效果。本文详细分析了E类兆赫兹无线电能传输系统的各部分特性,提出一种基于全局负载牵引的系统优化设计方法。该方法在结构上仅需在发射端增加一枚电容即可实现接收端的恒压/恒流输出,同时使得系统效率在负载变化时稳定在较高水平。最后,搭建了工作频率为6.78 MHz 的20 W、10 V恒压输出的无线电能传输系统样机,并与传统单点负载优化设计的系统进行比较。该系统在5 Ω-20 Ω的负载变化范围内电压浮动范围在1 V以内,效率保持在76%-84%,实验结果证明了所提方案的有效性。     

基于FFT解调的ECPT系统全双工通信技术研究

电场耦合无线电能传输(ECPT)技术以其耦合机构轻便、系统电磁辐射小以及周边金属涡流效应小等优点,成为无线电能传输领域的研究热点。在ECPT技术的应用过程中,有时不仅需要实现原副边的无线电能传输,还需要实现电能原副边的全双工无线信号传输。目前无线电能与信号并行传输系统中信号解调环节均采用模拟电路实现滤波与解调,该方法电路设计复杂、通用性能差、抗干扰能力不足。针对上述问题,本文提出一种基于FFT运算的频域解调方法。该方法将叠加于系统中的双向信号载波以及低频电能串扰信号映射至频域中,依靠其频域的分离特性,解决了低频电能串扰对信号解调的干扰问题,同时实现双向信号的实时解调。最后通过仿真与实验验证了该方法的正确性与有效性。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统阻抗分析与匹配电路设计方法

针对无线电能传输系统中阻抗失配引起的效率低和烧毁射频功放等问题,综合考虑耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统中射频功放的负载阻抗进行等效分析;并针对通过改变系统互感系数来调整阻抗难以达到理想效果的缺陷,提出和设计阻抗匹配电路方法来调整阻抗。根据阻抗特性设计了π型结构的阻抗匹配电路,给出了系统器件参数的计算方法和结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,并进行了阻抗匹配实验,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性。也为进一步研究自适应阻抗匹配,提高无线电能传输功率和效率提供了有益的参考。     

一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究

在传统的无线电能传输(WPT)系统中,系统发射线圈上的电流随负载变化会引起传输功率和效率的变化。针对该问题,采用集成式LCC补偿拓扑。采用二端口网络分析法对系统进行建模和分析,得出不同负载情况下系统的输出电流和输入电压的增益、输入阻抗实部、系统效率的曲线。为向系统参数的选择提供参考,通过分析负载和耦合系数对谐振元件电压、电流应力的影响,提出了谐振元件参数选取的方法。最后,搭建了集成式LCC补偿拓扑的WPT系统样机,实验结果证明了理论分析的正确性。