无线电能传输系统三相相移控制逆变器研发

设计一种为无线电能传输系统提供高频交流电的三相相移控制逆变器。该逆变器由三相D类半桥逆变桥组成,其开关管运行于固定的切换频率下,通过调整各相半桥的驱动相位差来调节输出电压,从而实现无线电能传输系统功率的调节。对三相相移逆变器的主要性能,包括相移角与输出电压的关系、相电流、各相零电压切换状态等进行分析,并推导无线电能传输系统在使用相移控制和频率控制下的效率。开发三相的相移逆变器原型机并应用于无线电能传输系统,在两个外边长为90cm、70cm的平面矩形螺旋线圈间传输能量。实验表明当相移角从0°到120°之间调节时,在接收端10Ω电阻负载上接收到的功率从5.2kW到0变化。同时在最大输出功率时测得逆变器直流输入到接收端直流负载的DC-DC最大效率为94%。     

多逆变器模块并联驱动的大功率无线电能传输系统研究

针对传统单个逆变器驱动的无线电能传输系统（WPT）输出功率有限的问题,提出了一种多逆变器模块并联驱动的大功率无线电能传输系统,并对多逆变器模块并联的拓扑结构和各模块间的环流进行了分析。为了解决逆变器并联时产生的环流问题,提出了基于主从策略的相位同步控制方法,通过从逆变器输出电压和发送端电流相位差同步于主逆变器输出电压和发送端电流相位差实现逆变器模块间的相位差补偿。研制了三个逆变器模块并联驱动的无线电能传输系统样机,实验结果表明,在500V直流输入时,负载端获得功率约为20kW,传输效率达94%,且各逆变器输出电压相位实现同步,证明了相位同步控制方法的有效性。     

基于“88Q”线圈的三维抗偏移WPT系统

针对谐振式无线电能传输(WPT)系统在传输距离和负载变化时引起输出电压不稳定的问题,提出一种“88Q”线圈耦合装置,结合LCC/S与S/LCC型负载无关恒压谐振拓扑可实现平面线圈的三维抗偏移恒压输出。给出了“88Q”线圈的空间位置和特征参数,分析线圈激发磁场的分布特性、线圈水平偏移和改变传输距离情况下线圈互感变化趋势。最后,搭建系统实验平台。实验结果表明,系统负载变化或耦合装置发生偏移时,均可实现恒压输出。     

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。     

基于自互感调节的无线电能传输用E类逆变器软开关技术研究

针对基于E类逆变器的无线电能传输(WPT)系统中等效负载变化导致的硬开关问题,通过考虑源荷线圈耦合关系,分析多发射线圈等效耦合系数变化特征,得到发射端多线圈串联的线圈结构,实现了耦合系数及负载网络参数的动态调整,使等效负载在0～2Ropt(2倍理想负载)范围内均可实现软开关效果.最后通过仿真和实验验证该方法的可行性和有效性.     

双E类放大器在无线充电系统的应用

双E类放大器作为大功率无线充电系统的高频激励源具有更加安全、稳定的性能。首先通过电荷量比较的方法计算得出,在相同电压应力条件下,双E类放大器的输出功率相对于单E类放大器提高到4倍。然后使用相同的方法分别对单E类放大器与双E类放大器进行参数设计和实验数据对比。最后用双E类放大器作为高频激励源,结合串-并联谐振式线圈传输结构,以及电压匹配电路构成完整的无线充电系统,输出给48 V蓄电池充电。在传输距离为6cm的条件下,可达到2 A的充电电流,传输效率为68%。在大功率输入条件下,高频激励源的电压应力较低,实验结果验证了双E类放大器应用在无线电能传输的优越性。     

基于支路振荡法E类逆变器软开关实现研究

E类逆变器作为一种高频逆变电路,具有拓扑结构简单,逆变效率高等优点.但是由于其对负载敏感,易因负载变化而工作于硬开关状态,造成系统效率下降.针对这一特点,提出一种带并联振荡支路的改进型E类逆变器.在负载阻值小于额定值导致开关管硬开通时,通过并联反向导通的振荡支路对电容电流进行引流并发生振荡,从而实现在非最优负载条件下的...     

新型高效率单相逆变器

提出了一种新型的高效率单相逆变器拓扑结构,该拓扑结构由一个高频半桥单元和一个低频半桥单元级联而成。其中高频半桥主要决定输出电压的波形,低频半桥主要输出功率,该拓扑结构可以在保证输出电压波形质量的同时提高逆变器的工作效率。高频半桥采用电压反馈控制输出电压,低频半桥采用电流反馈控制逆变器输出电流。理论分析和仿真结果表明,该拓扑的输出电压波形质量与高频逆变器相类似,而效率却有大幅度提高。     

输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统研究

提升逆变器输入侧直流电压源的电压等级,是实现更大功率无线电能传输的可行方案之一。但单个开关器件的额定电压有限,满足不了更高输入电压的需求。为此,文章设计了一种输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统。该系统采用多个逆变器串联以承担较高的输入直流电压,同时每个逆变器驱动一个独立的发送线圈向同一个接收线圈发送功率。文章在考虑多个发送线圈之间互感的情况下对该系统的谐振电路参数进行了设计,分析在零相差(Zero Phase Angle,ZPA)及非零相差两个条件下系统的电流和功率输出能力,发现了运行角频率及互感的乘积对系统输出能力具有重要影响。开发出由三个逆变器串联驱动的无线电能传输样机,在750 V直流输入条件下获得最大38. 4 kW的无线电能传输功率,效率达88. 7%。     

多负载无线电能传输系统

多负载无线电能传输技术是近年来研究热点之一,针对其负载多样性、多方向性、控制复杂性等问题,该文对现有技术进行了系统的梳理和分析。首先根据发射方式及发射线圈形状和结构将多负载无线电能传输系统分为平面线圈类、空间线圈类和非线圈类;进而分析平面线圈的单输入多输出型、多输入多输出型及带中继线圈多输出型的特性,研究空间线圈的多线圈正交型、旋转线圈型、单导线立体线圈型、多线圈立体形以及亥姆霍兹线圈型的特性,探讨非线圈类空腔谐振型以及微波传输型的特性;然后分别对不同类型多负载无线电能传输系统的发射端结构、系统传输原理和传输特性进行对比,提出它们的适用场合;最后分析多负载无线电能传输系统面临的技术瓶颈,并对未来的发展进行了展望。     

基于半桥逆变器的无线供电系统效率优化研究

为了降低磁耦合谐振式无线供电系统中的线圈损耗,提升系统的能量传输效率,提出了一种基于半桥逆变器的无线供电系统,该系统可在不影响电压增益的条件下对系统发射线圈和接收线圈中的电流大小进行优化.同时提出了通过调节半桥逆变器导通占空比,使系统电流分配和能量传输效率达到最优的控制方案.实验表明,所提出的电路拓扑和效率优化方案可有...     

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。     

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.     

电动汽车无线充电混合补偿拓扑电路分析

无线电能传输补偿方式直接影响输出电流、电压的增益特性,提出一种混合补偿拓扑电路,解决负载动态变化时输出电流、电压不稳定的问题,可应用于电动汽车恒流恒压无线充电电路。对拓扑电路原副边线圈建立等效松耦合变压器T模型,分析得出等效负载动态变化时可以实现恒流恒压输出的特性。构建仿真模型和试验台架,仿真验证电路分析的正确性。实验验证了在串/并补偿拓扑下副边稳流输出且原边逆变电流滞后电压,在串/串并补偿拓扑下副边稳压输出且原边逆变电流与电压同相。     

ZVS E类逆变器的磁谐振无线输电系统参数分析和设计

E类逆变器用作磁耦合谐振式无线输电MCR-WPT系统的激励源时,其等效负载由线圈参数和系统负载决定,由此导致E类逆变器的优化设计较为困难。为此,研究了两螺线管线圈间的互感算法,分析了互感随线圈间距变化的特性,并探讨了MCR-WPT系统两螺线管线圈的传输效率、输出功率及E类逆变器的等效负载与线圈间距的解析关系,给出E类逆变器实现零电压开关ZVS(zero voltage switch)的参数设计方法,仿真验证了互感算法和系统参数设计方法的精确性。实验结果表明,当线圈间距为26 cm时可实现ZVS,且系统效率达到86.3%,验证了理论和仿真分析的有效性和准确性。     

多相并联的15 kW无线电能传输系统

设计了一种耦合电感的循环级联方法来实现多相逆变之间的电流平衡,并分析了耦合电感参数对系统性能的影响;对多相并联下系统主要的功率损耗进行了分析,以解释在大输出电流条件下多相系统具有较低损耗的原因,开发了6相D类半桥逆变并联的原型机对系统性能进行验证。实验表明该方法能够将相间电流不平衡控制在较好的范围之内。使用2个外边长90 cm×70 cm的4圈的平面矩形螺旋线圈,在距离20 cm时进行无线电能传输。当接收端整流桥后的6.87Ω负载上获得15 k W的功率时,测得发送端直流输入到接收端直流负载的DC-DC效率为94.7%。     

基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统的研究

针对多负载无线电能传输系统存在负载之间功率分配不均及取放负载时对其他负载有影响的问题,提出了基于赫姆霍兹线圈LCC-S型多负载无线电能传输系统。首先,利用电路互感模型对该系统进行了建模分析,推导出了流过发射线圈的电流、输出电压及效率的表达式,研究了工作频率和负载个数对效率的影响,该系统还具有恒压输出的特性。其次,为了使发射线圈产生的磁场更加均匀,发射线圈采用赫姆霍兹线圈,利用有限元仿真软件设计了两种赫姆霍兹线圈,这两种赫姆霍兹线圈在轴中心附近的较大范围内产生均匀的磁场。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。     

应用于磁耦合谐振式无线电能传输系统的高效率E类逆变电源设计方法

ZVS型E类逆变器被认为是工作效率最高的功率放大器,被广泛用作磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统的驱动电源,此系统的效率不仅仅在于电能依托线圈载体无线传输的效率,还在于逆变电源的工作效率。本文通过对ZVS型E类逆变器建模分析,得出其额定最佳工作状态下的输出功率与设计参数、负载间的关系;采用电路互感理论构建E类逆变器驱动的四线圈结构MCR-WPT系统的等效模型,并以驱动电源的额定最佳工作状态为优化目标进行负载匹配,给出电源适应于负载的高效率MCR-WPT系统设计方法。最后通过实验证明了这种方法能够实现发射端逆变电源与接收端负载的高度匹配,系统的输出功率得以显著提升。     

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。     

基于DC/DC电路的无线充电系统功率稳定控制方法

在无线电能传输系统中,负载的接收功率对发射线圈与接收线圈之间的互感与负载阻值的变化比较敏感,当接收线圈与发射线圈之间出现偏移或负载等效阻抗变化时,需要通过有效的控制方法较快地保持负载接收功率基本稳定。文中在分析次级侧包含DC/DC电路的无线电能传输系统结构的基础上,给出了互感与负载电压、负载电流之间的关系,并推导出了DC/DC电路的占空比与负载接收功率之间的关系;然后提出通过检测负载电压、电流,调节DC/DC电路的输出功率稳定控制策略;最后,通过Matlab/Simulink仿真以及样机实验,验证了文中理论分析与控制策略的有效性和正确性。