基于T-Π复合谐振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(ECPT)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。在实际应用中,相当一部分用电设备要求工作电压不随其负载的变化而发生大的改变。针对这种需求,分析对比现有的恒压型ECPT系统的特性,提出一种T-Π复合谐振网络。该拓扑利用自身的传输特性来实现输出电压不随负载的变化而改变,无需额外设置检测与调节电路。同时,还能保证系统始终工作于零相角(ZPA)状态。另外,为了确保系统具有较低的总谐波畸变率、参数敏感性以及足够大的负载可变范围,研究采用不同参数配置方法的T-LCL谐振网络的恒流特性与Π-CLC谐振网络的恒压特性,并在此基础上给出谐振网络的配置方法以及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传输特性以及参数设计方法的正确性。     

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。     

非接触电能双向推送模式研究

在非接触电能传输系统中,由于电能单向传输特性,系统存在电能回馈困难、系统开环运行效率低等问题。提出一种非接触电能双向推送模式,用于完成电能发射端与接收端的双向直接转换。在此模式中,能量发射及接收端具有对称结构,既可工作于磁场激发模式也可工作于磁场接收模式,以满足能量双向传输的需求。在此基础上,提出一种基于谐振软开关的双向电能高频变换拓扑,并建立能量注入与自治振荡双工作模式,实现传输功率的动态调节。提出了电能变换拓扑的谐振环节参数设计方法并构建状态空间模型。通过仿真及实验研究,证明了非接触电能双向推送模式的可行性。     

感应耦合电能传输系统中能量与信号反向同步传输技术

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统电能与信号同步传输方法中信号反向传输的优化问题,在深入分析已有文献的基础上,采用信号并联注入、串联拾取的能量信号反向同步传输拓扑,并提出其参数设计方法。该拓扑充分将ICPT系统的谐振电感考虑到载波信号发射电路中,增强信号发射强度;通过LC谐振回路的选频滤波及放大作用提升信号接收强度;同时,基于交流阻抗分析法对拓扑参数进行了建模分析和优化设计。最后,通过仿真和实验验证了拓扑及参数设计方法的可靠性与有效性。     

无线电能传输系统传输距离及传输效率分析

运用电路理论,推导出四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的表达式,并分析了影响传输效率的主要因素。当线圈结构参数选定时,源线圈与发射线圈之间的距离和接收线圈与负载线圈之间的距离成为无线电能传输系统传输距离变化时影响传输效率的关键参数。采用差分进化算法对影响因子进行优化,该方法使得四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统在传输距离发生变化时能动态调整提高传输效率。最后,通过仿真验证了此方法的正确性。     

磁共振式无线电能传输相控电容调谐新方法

研究了磁共振式无线电能传输的传输效率,指出获得高传输效率的关键在于提高谐振电路的品质因数;针对高品质因数谐振电路的易失谐性,提出一种基于相控电容的谐振电路调谐方法:通过改变相控电容的相位角,等效形成一个可变电容,用此可变电容对谐振电路进行调谐,从而稳定传输效率和功率。分析相控电容调谐原理,设计相控电容调谐电路,给出相位与等效电容之间的对应关系,并采用仿真和实验的方法对其调谐特性进行了验证。结果表明:相控电容调谐具有一定的可行性,可使磁共振式无线电能传输在耦合改变时,通过谐振补偿来维持电能传输的稳定性,因而对其推广应用具有重要意义。     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

计及信号与电能同步传输影响的ICPT系统谐振参数优化方法

针对信号与电能同步传输的感应耦合电能传输(ICPT)系统中信号耦合线圈对电能传输效率影响的问题,基于LCLP型ICPT系统谐振拓扑结构,利用在原、副边增设耦合线圈对信号进行加载和拾取,实现了信号与电能的同步传输;通过分析原、副边电流的关系,利用耦合变压器、信号发射耦合线圈和信号接收耦合线圈的互感反射阻抗,建立了信号耦合线圈与电能传输效率之间相关联的非线性规划模型,分析了信号耦合线圈对传输效率的影响,给出了相对应的电能传输效率目标函数和约束条件,在此基础上利用自适应粒子群优化算法对谐振补偿参数进行优化,并进行了仿真验证。仿真结果表明相较于同类型信号传输方法,优化后的系统信号传输误码率有所降低,电能传输效率有所提高;波特图表明优化后的信号传输电路并未对电能传输造成较大影响,负载处谐波畸变率有所降低。     

脉冲注入型感应耦合式无线能量传输系统拓扑设计研究

在大部分的感应耦合式无线能量传输系统中,为了产生一定频率的谐振电流,逆变器拓扑的开关管工作频率必须与谐振频率相同。但采用高频率高品质因数的谐振网络会使得逆变器开关损耗增加,进而导致系统整体传输效率下降。提出一种脉冲注入型感应耦合式无线能量传输系统拓扑,不仅使得开关频率能够远低于谐振频率,并且将注入能量的大小与开关频率、谐振网络以及负载状况彻底解耦,完全实现离散能量注入功能。在提出的拓扑基础上,叙述了电路的工作模态,建立了描述系统状态变化的微分方程模型,并给出了电路关键参数的设计原则。通过仿真和实验,验证了所提拓扑的可行性和有效性。     

自谐振线圈耦合式电能无线传输的 最大效率分析与设计

谐振耦合电能无线传输是一种新的电能传输概念和方法,它能在中等距离范围内传递能量。该文基于空间隔离两线圈的互感耦合模型,从电路角度分析系统传输效率与线圈尺寸、距离等之间的关系,得到的传输效率表示式,进一步应用于系统最大传输效率的分析,以实现谐振耦合电能无线传输系统优化设计的目标。最后,设计制作一个谐振耦合电能无线传输装置,并设计多组不同参数的线圈进行比较实验,结果证明当空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时,两线圈之间传递能量最大,从而验证该文的理论研究。     

基于LCL谐振变换器的电磁感应式非接触电能传输系统动态调压控制方法

为了解决电磁感应式非接触电能传输(ICPT)系统输出电压的可控动态调节问题,提出一种基于LCL谐振变换器的动态调压控制方法。发射端采用具有恒流输出特性的LCL谐振结构,使得流过发射端耦合线圈的电流呈现恒流特性。在接收端LCL谐振变换器输出侧并联一个用于调节电能输出的可控开关管,通过控制开关管的开关状态,实现电能的可控输出。当开关管关断时,接收端LCL谐振变换器输出电能给负载,输出电压上升;当开关管开通时,负载侧电能输出被切断,输出电压下降。通过检测输出电压,对可控开关管进行负反馈控制,可以动态调节电能输出功率,实现输出电压的动态调节。该方法只调节接收端,无需使用无线信道与发射端通信,电路结构及控制方法较为简单、易于实现,且适用于一个发射端对多个接收端无线供电。最后,搭建了2k W ICPT系统原理样机。通过实验验证了所提方法的可行性和正确性。     

基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术电压优化方法

目前,基于电场耦合式无线电能传输是一种快速发展的技术,因其对比磁场耦合式无线电能传输技术更具经济性、可靠性与安全性,从而在多金属环境中得到广泛应用。由于电场耦合式无线电能传输系统利用高频电场传输电能,所以在耦合极板上存在非常高的高频电压,同时也会在诸如电动汽车表面等金属上感应出高电压,这将导致严重的安全问题。为解决上述安全问题,该文提出了基于电场耦合式的电动汽车无线充电技术优化方法来减小无线充电时车壳上的电压,并通过CLL补偿结构优化系统谐振。最后,设计并实现了车壳电压仅为3.88V,输出功率1.3kW,系统整体效率为87.7%的电场耦合式无线电能传输系统,验证了优化策略的可行性。     

谐振式无线电能传输系统的设计

系统以磁耦合谐振式无线电能传输技术为核心,通过在发射线圈回路和接收线圈回路之间建立LC谐振振荡电路,从而实现了一定距离下电能的高效无线传输。该系统依据电能的传输距离和给定的负载电阻大小,通过建立相应的谐振频率,在发射线圈回路和接收线圈回路中以近场谐振工作方式建立电能的无线传输系统,其实验测试结果表明该系统电能的传输效率最高可以达到73.5%,很好地满足了设计要求。     

CPT系统能量与信号混合传输技术

针对感应耦合电能传输(CPT)系统中的信号传输问题,提出一种基于能量通道的数字信号传输方法。该方法通过切换谐振逆变器开关管的软开关周期来对数字信号进行调幅调制,电能接收端在通过功率调节单元接收电能的同时,提取调制信号特征并进行信号复原,在不改变感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构的情况下,实现了传输数字信号。介绍了信号传输原理,分析了功率与信号混合传输特性,以及和信号传输效率之间的关系,并进行了实验验证。     

谐振耦合式电能无线传输系统效率研究进展

谐振耦合式电能无线传输技术是有别于感应耦合式电能无线传输技术的一种新型技术,能实现供电设备和用电设备之间的中等距离电能传输。介绍了谐振耦合式电能无线传输技术的工作原理,对影响谐振耦合式电能无线传输系统传输效率的因素进行了分类研究,并给出了提高系统传输效率的方法。指出在实际应用中,要实现系统的最大效率传输,就要确定合适的电路工作方式、谐振频率和线圈参数。     

基于最小电流比值的IPT系统频率跟踪的动态调谐方法

在感应电能传输(IPT)系统中,含有磁心的电磁耦合机构的气隙间距变化会导致系统发送端与接收端自感及互感参数漂移,进而使得IPT系统处于失谐状态,增加了电源所需容量,降低了系统传输效率。针对该问题,提出一种基于最小电流比值的发送端频率跟踪的动态调谐方法。该方法通过实时测量发送线圈电流有效值与直流源输出电流平均值,在控制器中计算电流比值并根据最小电流比值原则,实时调节系统工作频率,使IPT系统恢复谐振状态,提高系统性能。最后,在不同气隙间距的情况下进行动态调谐实验验证。结果表明,当气隙间距变化时,所提方法有效实现了动态调谐,恢复了IPT系统谐振状态,达到减少电源所需容量、提高系统传输效率的目的,且最大效率提升幅度为1.64%。     

基于复合拓扑的无线电能传输系统优化策略

在无线电能传输过程中,受初级发射线圈及次级接收线圈之间相对位置以及电池内阻在充电过程中随时间变化的影响,线圈之间耦合情况以及系统负载大小在电能传输过程中动态变化,导致系统偏离最优效率工作点而引起传输效率下降。针对该问题,提出基于LCL-S型拓扑的无线电能传输系统效率优化策略。首先根据电路原理对系统进行理论分析,其次,根据谐振拓扑次级输出电压和初级输入电压有效值之比与负载解耦的特点,提出线圈互感大小估算方法,并通过对负载侧Buck-Boost电路控制信号施加扰动,寻找最优效率工作点,实现系统在电池恒流-恒压充电模式下效率优化。最后基于半实物仿真平台实验验证了该方法的有效性和可行性。     

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。     

LCC S型无线电能传输系统的特性分析*

为满足无线电能传输系统恒压供电的需求,提出了一种LCC-S型无线电能传输系统.利用互感耦合理论建立了LCC-S型无线电能传输系统数学模型,推导了系统的输入阻抗角、传输效率、输出功率和输出电压的表达式.对输入阻抗角的分析表明除了预设的谐振频率外还有其他谐振频率,分析了频率对该补偿网络输出功率和传输效率的影响.最后,通过仿真验证LCC-S型无线电能传输系统的恒压输出特性,结果表明LCC-S型无线电能传输系统的输出电压不随负载变化而改变.     

电场耦合式无线电能传输系统的功率源设计

高频功率源作为电场耦合式无线电能传输系统的重要组成部分,其工作效率关系着整个系统的效率。针对传统高频逆变拓扑电路体积过大、设计复杂和逆变损耗高等问题,根据无线电能传输系统对所需电能的要求,设计了高频高效的E类功率放大器作为其前端的高频功率源。运用电路理论和ADS射频仿真软件对E类功放电路进行理论和仿真设计,并在此基础上制作实验样机。实验测试表明,所设计的E类功率放大器具有较高的电能转换效率,且电路体积小,工作稳定。