一种抗偏移恒流输出的无线电能传输系统*

在无线电能传输系统中,副边线圈相对原边线圈的偏移是不可避免的,所以提高无线电能传输系统的抗偏移能力十分重要.基于双边CLC拓扑提出了与负载无关的混合拓扑电路且分析了抗偏移恒流输出特性.为验证所提出的电路拓扑结构的有效性,搭建了1 kW的原理样机进行试验.结果 表明,无线电能传输系统在X轴方向偏移±212.5 mm,Y轴方向偏移±48 mm,Z轴方向偏移-48～+35 mm,负载在50～100Ω范围内变化,系统输出电流波动在±5％以内,且效率为90.20％～95.81％.     

基于混合补偿网络和双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统研究

感应式无线电能传输(inductive wireless power transfer, IPT)不可避免地受到磁耦合机构偏移的影响。在磁耦合机构发生偏移时,为了使无线电能传输系统仍能具有一定的恒流输出能力,提出一种基于双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统。首先,将LCC-LCC 和LC-LC补偿网络进行输入串联和输出串联,组成双边LCC-LC串联混合补偿网络,并研究其传输特性。其次,设计了一种与满足混合补偿网络要求的双层正交DD(double-layer quadrature DD, DQDD)磁耦合机构,该机构在x、y方向发生偏移时,能实现线圈间的解耦。接着,提出一种系统参数配置方法,通过参数配置可以在磁耦合机构发生一定的偏移时,实现输出电流在开环状态下保持稳定。最后,通过搭建实验平台,验证了以上理论分析的正确性和可行性。     

无线电能传输抗偏移的动态频率补偿设计

提出了动态频率补偿的设计方案,对线圈间距离与系统效率的关系进行了理论分析和公式推导,得出了线圈间距离与系统传输效率的函数关系。利用Maxwell软件对无线电能传输模型的线圈偏移情况进行仿真,对比频率补偿前后的结果,分析了频率补偿对线圈间偏移情况的改善作用。搭建了无线电能传输线圈偏移的实验验证平台,验证了无线电能传输抗偏移的动态频率补偿设计方案,通过频率调节可使已发生线圈偏移的系统效率有效提升。实验结果与仿真和理论推导数据相符合,证明了所提方案的正确性与可行性。     

抗偏移混合拓扑恒流无线充电系统研究

针对电动汽车无线充电系统因偏移导致充电效率降低的实际问题,提出一种新型强抗偏移的恒流无线充电系统。首先,在磁耦合设计上,引入DDQD大解耦线圈有效减缓X、Y两方向偏移耦合系数衰减,通过与DDQ线圈的对比体现所提出的DDQD线圈在抗偏移方面的优越性。然后,在补偿拓扑设计上,通过DDQD线圈将随耦合系数呈不同变化趋势的LCC拓扑和LC拓扑进行串联,使输出功率变化平缓,进一步提高了系统的抗偏移能力,并且使系统具有恒流输出特性。最后,通过仿真实验验证了该方案的有效性,在磁耦合机构发生偏移时,减缓了无线充电系统的线圈耦合系数和传输效率的下降程度,具有一定的现实意义。     

基于参数优化的抗偏移无线电能传输系统

为解决无线电能传输系统中耦合机构偏移问题,提出基于参数优化的S-S与LCC-LCC双拓扑无线电能传输系统。首先对S-S,LCC-LCC拓扑能量传输通道进行输出特性分析,根据电流输出条件选取DDQ线圈结构实现其解耦特性,然后为了具有更好的抗偏移特性,提出一种参数优化方法对补偿网络的参数进行优化。最后搭建实验样机验证理论的可行性。实验结果表明,优化后的系统耦合机构最大偏移量可达160 mm,电流增益波动范围0.163 1~0.180 1,电流波动比例为±4.9%,系统效率最高可达89.47%。     

基于失谐的无线电能传输系统抗偏移性研究

针对无线电能传输系统磁耦合机构两侧偏移引起输出功率大幅度波动的问题,文中提出了一种基于失谐的补偿网络参数和结构的优化方法,以提高输出功率的抗偏移性.文章根据极值点的导数为零且函数取最大值的数学思想,使两侧线圈正对的额定工作点对应输出功率的极值点.在此基础上,分析发现了 SS补偿拓扑的补偿参数与输出功率抗偏移性之间的规律...     

具有抗偏移特性的无线电能传输系统研究

针对无线电能传输系统中耦合机构易偏移导致系统输出电流变化问题,研究具有抗偏移特性的双拓扑无线电能传输系统。文中首先分析SS与LCC-LCC拓扑电路的输出特性,选取DDQ线圈结构实现线圈间的解耦。然后提出基于粒子群参数优化算法对补偿网络的参数进行优化使其具有更好的抗偏移特性。最后在PSIM仿真软件中搭建系统电路验证理论分析的可行性。仿真结果表明,系统耦合机构的偏移范围为0 mm~160 mm,输出电流波动范围8.52 A~9.36 A,输出电流波动比例为±4.7%,系统效率最高可达89.47%。     

一种新颖LCCC/S补偿的恒输出无线电能传输系统

恒流(CC)和恒压(CV)充电是锂电池的两种主要充电方式,但随着电池等效电阻在充电过程中逐渐非线性增大,无线充电系统要同时保持独立于负载的CV和CC充电模式面临着巨大的挑战。针对锂电池无线充电系统,提出了一种新型的LCCC/S拓扑结构,所提方法不仅能实现独立于负载的CV和CC充电,且在此两种充电模式下实现输入电流和输入电压零相位角;而且仅需两个开关互补控制,能在恒频下实现两种模式切换。最后,建立了在CC充电模式下3 A CC输出和在CV充电模式下48 V CV输出的验证装置,验证了所提LCCC/S补偿无线电能传输系统的可行性和合理性。     

基于漏感补偿的可变恒流输出补偿网络参数确定方法及其特性分析

基于变压器T网络模型中等效参数的多解性和漏感补偿原理,提出对给定的磁耦合系统通过补偿参数设计使WPT系统实现可变恒流输出的新思路。利用电路理论分析不同等效电压比n下使WPT系统获得不同的转移导纳的机理和参数确定方法。同时对考虑磁耦合系统线圈电阻影响的补偿参数确定方法及其频率偏移特性进行了理论建模及分析,指出当等效电压比n减小时,其参数敏感度均会降低,有助于提高WPT系统的负载调整率。最后构建了WPT的实验平台,实验结果证明了理论分析的正确性。     

感应式无线电能传输系统抗偏移技术研究综述EI北大核心CSCD

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)的应用初衷是为了让供电更加灵活方便,倘若系统的抗偏移性能不足,则难以满足实际应用的需求,因此抗偏移技术一直都是WPT系统研究的热点。文章综述国内外感应式WPT系统抗偏移技术的研究现状。首先,概述标准中关于偏移的定义和要求,介绍研究抗偏移技术的主要团队;其次,分析线圈偏移对系统输出性能的影响规律,并列出不同类抗偏移的技术手段;接着,重点介绍不同种类抗偏移技术的基本原理和主要研究成果,并指出不足之处;最后,论述抗偏移技术的未来研究方向。     

基于可调增益恒流源补偿网络的磁场耦合无线电能传输LED驱动电路

对于磁场耦合无线电能传输(WPT)系统,由于松耦合变压器漏感较大,补偿技术是实现其能量高效传输的关键。在半导体(LED)照明应用中,WPT LED驱动电路应直接输出LED所需的驱动电流,还应避免无功功率环流,减小器件应力,实现功率器件软开关。针对现有补偿网络的输出电流增益依赖变压器参数,而松耦合变压器存在设计受限的缺点,本文采用二端口网络理论,提出一族恒流源补偿网络,通过调节补偿参数灵活调节输出电流增益,增加变压器设计自由度。最后采用同一电路结构和变压器,分别实现了0.5A、1A和1.5A输出的WPT LED驱动电路,实验结果验证了理论分析的正确性。此外,还对所提出的可调增益补偿网络的特性进行了详细分析。     

基于LCC-S补偿的双通道无线电能传输系统研究

无线电能传输(WPT)技术由于其便捷、安全的特点,目前已被应用在多个领域.但因各种受电端所需功率等级不同,不同WPT系统在电源设计、线圈设计等方面都不相同.此处提出了一种双通道WPT系统,每个通道均采用LCC-S补偿拓扑,其具有恒压输出特性,并在接收端进行串联连接.首先对LCC-S的恒压输出特性进行分析,其次针对两通道...     

交流包络调制无线电能传输系统的负载稳压输出研究

为了实现交流包络调制无线电能传输系统的输出电压稳定,基于冲量定理与能量守恒原理,在初级侧采用能量注入与自由振荡模态组合的形式,调整注入初级回路的能量规模以适应负载的功率变化,从而实现动态负载条件下输出端的稳压。仿真与实验结果验证了在系统负载切换时,系统输出交流电压保持恒定。     

基于改进人工蜂群算法的无线电能传输系统输出控制

磁耦合谐振式无线电能传输系统中,当耦合系数较大时系统将发生频率分裂现象导致输出功率降低。采用软件调频的输出控制可以稳定输出性能。然而输出功率是一个极值个数和半径都可变的多峰函数,因此需要改进标准人工蜂群算法以搜索所有极值。首先通过系统模型的分析,说明频率分裂现象的影响和多峰搜索的必要性,提出一种原边控制方法,得到输出性能的函数。然后提出3种策略对标准人工蜂群算法进行改进,包括采用正交生成法改进了食物源的分布;采用比较父代与子代之间的欧式距离选择食物源,避免漏峰;通过对适应度排序确定个体增量动态地缩小小生境的范围。最后搭建了一个两线圈无线电能传输系统,通过计算和实验证明,改进的人工蜂群算法收敛速度快、优化精度高,在保证传输效率的前提下,能够提高并稳定系统在过耦合状态时的输出功率。     

基于单管电路的恒流恒压无线充电系统研究

针对目前单管逆变无线电能传输(IPT)系统无法通过开关频率的切换实现由恒流输出(CCO)到恒压输出(CVO)转换的问题.该文提出一种用于单管电路(SSC)的P-CLCL补偿网络.所提P-CLCL高阶恒流恒压补偿网络可使单管电路在开关频率为fCC时输出恒流,在开关频率为fCV时输出恒压,解耦了输出与负载的关系.该文还利用互感等效模型对系统进行建模,并分析该补偿网络在恒流输出及恒压输出时需要满足的电路参数条件;利用傅里叶分解详细给出一套适用于单管电路的等效不对称输入电压源波形的分析方法;在综合考虑零电压开通(ZVS)的实现、软开关裕度、开关管耐压大小的情况下,利用"Mathcad"画图的方法给出一套一次侧补偿电容的设计流程.最后,搭建一台25.2W的P-CLCL实验样机,通过仿真和样机的开闭环实验验证了理论分析的正确性.     

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。     

动态无线能量传输系统中的通信网络

为了解决电动汽车发展中的充电不便及续航不足的问题,在无线能量传输WPT（wireless power transfer）技术研究基础之上,动态无线能量传输DWPT（dynamic wireless power transfer）系统的研究得到了越来越多的关注。建立及时、高速、稳定的数据通信网络,对于分段式DWPT系统中进行车-源协调控制、实现电动汽车电池荷电状态信息和车辆位置信息的实时共享、保证源的及时投切以及确保系统能够提供有序高效的供电过程至关重要。对分段式DWPT系统中的通信网络需求、原边布置与通信网络架构的关系进行了阐述,通过采用原边CAN总线通信及原副边基于SPI接口设置的无线通信模块nRF24L01,构建了实例系统中的网络通信架构,并在构建的小功率DWPT演示平台上对所提通信网络进行了实验验证。     

多负载远距离无线电能传输系统研究

针对一类既需多级输出又能延长传输距离的无线电能传输(WPT)场合,从磁耦合谐振基本原理出发,结合多中继结构与多负载结构的优势,设计了一种新型三线圈双负载WPT系统.该系统选用LCC-Multi-S型补偿拓扑,在传统双线圈系统中加入一级特殊的接收线圈,设计了两级接收线圈结构,推导了系统双负载恒压输出条件,实现了两级负载端的相同功率输出,同时系统WPT距离得到延长.仿真和实验验证了提出的方案的可行性.