基于能量传输通道的IPT系统非法负载检测技术

针对感应电能传输系统中非法负载介入的问题,本文提出了一种基于能量传输通道的非法负载检测方法。通过对电流型感应电能传输系统的特性分析发现,当负载变化时系统的零电压开关频率和谐振电流近似为恒定,基于系统原边谐振网络的能量平衡方程,得到了原边输入电流和负载成反比的关系。因此通过对负载以给定的频率进行通断调制和原边解调判断其负载的合法性,最后通过仿真验证了该方法的可行性。     

基于高偏移阈值的补偿感应耦合电能系统传输特性分析

在传统感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统拓扑中,系统谐振频率的漂移会引起耦合效率的下降。针对该问题,本文提出一种新型的基于PSS(原边采用并联串联补偿,副边采用串联补偿)补偿的ICPT系统拓扑。对其电路模型进行了分析和建模,得出不同品质因数下,补偿系统的电压、电流增益、传输效率的特性曲线,该补偿拓扑具有较高的补偿因数;分析了系统中补偿系数对谐振元件电压电流的应力影响,选取合适的补偿系数以降低系统的设计成本。最后,设计了1台基于PSS补偿拓扑的ICPT系统样机,实验验证了对PSS补偿拓扑的特性分析。     

感应耦合传输系统的建模分析

针对非接触电能传输(ICPT)系统负载变换时造成原边回路电流不能保持恒定的问题,介绍了一种新型的基于LCL谐振补偿网络的ICPT系统拓扑结构。建模分析了基于LCL补偿的ICPT系统的等效电路模型,并对LCL型ICPT系统所表现出的恒流、恒压特性进行仿真分析和验证,为ICPT系统的设计和分析提供了良好思路。     

感应耦合能量传输系统中双边LCC谐振腔恒流和恒压模式的研究

感应耦合能量传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统中补偿网络能够改善系统特性,目前针对谐振补偿网络的输出电流和电压特性没有一种简单易行的分析模型。首先分析了LC电路、??型电路和T型电路实现与负载无关的恒流或恒压输出的谐振条件,并针对高阶无源谐振网络提出一种建模方法,通过将谐振网络等效成2阶LC网络和多级3阶???型电路或多级3阶T型电路的串联,研究其恒流或恒压输出的物理机理。ICPT系统中双边LCC谐振腔实质上是一个9阶谐振网络,基于所提建模方法,分析双边LCC谐振腔输出电流和电压特性。此外,提出仅切换一次系统工作频率便可以实现系统先恒流再恒压输出的方法,且恒流和恒压模式下系统工作频率均满足SAEJ2954标准要求,分别能实现谐振腔输入电压、电流之间的零相角和原边逆变器MOSFETs的零电压开通。搭建3.3kW电动汽车感应耦合能量传输系统的Matlab仿真平台和实验样机,验证理论分析的正确性和可行性。恒流和恒压模式下实验样机谐振腔的效率分别为92.1%和89.7%。     

LCL谐振型感应电能传输系统参数设计

LCL型谐振变换器已经广泛应用于感应电能传输(IPT)系统中,但目前的研究并没有针对LCL型IPT系统参数设计问题提出有效的方法,以获得预期的性能。对此建立了LCL型IPT系统的互感耦合模型,在此基础上将三阶LCL谐振网络分解为四阶LC-LC谐振网络,提出了一种分步求解谐振网络补偿参数的方法,简化了系统的参数设计难度,针对给定的预期性能设计了系统参数。推导了系统传输功率和效率的表达式,最后通过仿真验证了理论分析的正确性。     

一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究

为解决谐振参数容差导致感应电能传输系统失谐现象,该文采用在原边线圈并绕测量线圈的技术,以原边回路电流与测量线圈电路电压进行矢量运算得到的两者相位差为反馈量,间接获得副边回路的谐振状态,通过控制逆变器的输出电压频率,使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中负载的电压增益和系统输出功率,达到提高系统的电能传输效率的目的。实验结果表明,所采用的方法能够有效使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中的负载电压和系统输出功率,提高系统的电能传输效率。相对于系统调频调谐前,在谐振参数容差导致副边回路呈感性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升144.15W,传输效率最大提升1.21%;在谐振参数容差导致副边回路呈容性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升245.49W,传输效率最大提升1.72%。     

感应电能传输系统输出电压调压电路研究

感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)系统的输出电压受原边电流、线圈间距、谐振参数、负载等影响。为了让系统输出稳定的电压,提出一种应用于IPT系统副边的调压电路,利用IPT系统不同副边拓扑输出特性的不同,结合并联型与串联型拓扑的特点,在交流侧实现输出电压的调节。首先通过基波近似法求得系统等效阻抗与占空比的表达式,在此基础上求得输出电压与占空比之间的关系。然后对电路进行了简化,分析了无需使用双向开关的简化电路的输出特点。最后通过仿真验证了电路的有效性。     

一种采用最小电压与最大电流跟踪的IPT系统动态调谐方法

为解决感应电能传输(IPT)系统谐振频率漂移问题,在系统固定工作频率下,分别在发送端与接收端回路加入相控电感电容并联电路;实时检测DC-DC变换器输出直流电压传送给发送端控制器,控制器根据最小电压原则调节发送端回路的等效输出补偿电容值;同时,实时检测接收端线圈电流传送给接收端控制器,控制器根据最大电流原则调节接收端回路的等效输出补偿电容值,最终使得整个IPT系统处于谐振状态。实验结果表明,所提方法有效实现了动态调谐,降低了电源所需容量,提高了系统的传输效率和功率。     

基于电压增益动态切换的无线充电控制方法

针对电动汽车应用的无线电能传输技术具有安全可靠、充电便捷等优点.对于宽输出电压范围的电路拓扑,针对其采用传统控制方法在低电压增益下效率通常较低的问题,提出了一种基于电压增益动态切换的感应式无线电能传输(IPT)系统控制方法.该方法通过动态调整一个控制周期内不同电压增益模态的占空比来控制高频逆变器输出到谐振腔的有功功率,从而实现系统在宽电压增益范围内的稳定控制,拓展负载的调节范围.由于该方法在谐振频率下工作,因此可以实现低电压增益下初级逆变器的软开关.在此首先针对变压器初级串联型补偿、次级LCL型补偿的电路拓扑进行系统建模,在此基础上对电路不同的电压增益模态进行分析,详细介绍了电压增益动态切换的控制方法,并对系统的软开关条件进行理论计算.最后搭建了1 kW无线电能传输实验平台,通过实验结果验证了在不同负载条件下的输出稳压及软开关的特性.     

一种非接触电能传输系统的原边控制方法

为提高非接触电能传输(CPT)系统的传输能力和解决在负载动态变化时系统谐振频率改变的问题,以原边串联-副边并联的拓扑结构的非接触电能传输系统为例,首先确定系统的谐振补偿电容值,然后设计了一种基于单片机的原边控制方法,在此基础上优化了系统参数,使系统在副边负载切换时运行更加稳定,传输功率得到提高。最后通过仿真和实验进行了验证。     

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。     

基于恒流-恒压复合拓扑的感应式充电系统

感应式电能传输技术IPT(inductive power transfer)应用到电动汽车中具有许多独特的优点。由于IPT变换器输出特性复杂,与变压器参数、补偿参数、工作频率和负载均有关,而电池在整个充电过程中负载变化范围宽,故IPT变换器难以直接提供负载电池所需的充电电流或电压。针对此问题,根据4种基本的IPT补偿结构的输入和输出特性,找到可同时实现输入纯阻性和输出恒流或恒压的拓扑结构及工作条件,从而解耦负载对输出的影响,消除无功功率。但单个拓扑无法满足电池先恒流后恒压的充电特性,因此进一步提出了一类复合拓扑结构,采用最少的器件实现恒流拓扑和恒压拓扑的切换,电路简单可靠,传输效率高。     

电流源型LCL谐振式变换器的研究

该文主要研究在一定条件下可实现输出恒流特性的LCL谐振变换器及其优化设计。阐述LCL谐振变换器工作于恒流源模式下的工作过程及其实现恒流特性的原理。为分析变换器工作于非谐振频率时的特性,给出不同品质因数下,开关频率变化时,变换器的电流增益特性曲线及谐振电感电流有效值、电容电压有效值的关系曲线,并分析得到品质因数的选择对变换器的恒流特性及谐振元件电压电流应力的影响,提出基于品质因数的变换器优化设计方法。最后基于所优化设计的品质因数值设计一台额定功率为80 W的LCL谐振变换器样机,实验结果验证变换器的恒流性能及品质因数值选择的合理性。     

一种CC/CV平滑切换的宽输出电压充电电路

目前多种动力蓄电池凭借着能量密度高、续航里程长和可循环使用等优势,在新能源汽车领域得到了广泛应用。针对当前以谐振电路为基础构建复合变换器应用于蓄电池充电存在输出电压范围、模式间切换、效率等不同问题,提出了一种四开关Buck-Boost与电容钳位LLC级联复用式变换器作为充电电路。该电路增益曲线的容性区和感性区均可工作,宽调频范围的容性区具有恒流特性,感性区的最佳谐振点具有恒压特性,利于实现蓄电池恒流恒压充电控制。频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,且负载阻抗连续变化下电压增益连续,利于实现蓄电池恒流恒压平滑切换及满足不同电池充电控制方案,宽增益下的宽调控范围可减少输出纹波。拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链及最终移动于最佳谐振点工作等电路特性,利于实现电能高效传输。仿真与实验结果验证了充电电路全程满足ZVS、ZCS的恒流恒压控制及充电模式间平滑切换特性。     

LCL型谐振变换器的分析与研究

提出了一种适于电容恒流充电的LCL型电路拓扑,分析了电路的工作原理和恒流特性,给出了电路参数的确定方法。同时还介绍了该电路恒压工作的原理及其特性。实验结果表明,该电路具有良好的恒流特性,适于高压电容充电。     

基于多目标优化算法的IPT系统谐振网络参数设计

传统IPT系统的谐振网络参数设计方法存在着低效、准确性差以及难以对具有多个设计目标的系统进行谐振网络参数设计等缺陷。首先提出了一种基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法的谐振网络参数的设计方法,经一次运算即可得到多组满足系统设计目标的谐振网络参数值,克服了传统谐振网络参数设计方法的缺陷。以PP结构的IPT系统为例,把高电压增益和系统效率最优设计作为目标,设计出了最优谐振网络参数。仿真和实验结果表明,设计出的谐振网络参数能够满足系统需要。     

临界连续模式下高功率LED驱动电源谐振控制方法

针对传统LED驱动电源谐振控制方法电路控制谐波异常导致输出电流过冲、电压稳定控制效果差和时延高等问题,提出了临界连续模式下高功率LED驱动电源谐振控制方法。结合PFC和LLC半桥两种方式,控制LED驱动电源谐振部分的频率变化值,选取开关恒流源,选取FSFR2100集成控制芯片作为控制芯片。在临界连续模式下,计算高功率LED驱动电源电路中电感值、滤波电容,以此为参量依据,设定电路中的电压范围与最小开关频率、输出功率等,校正PFC电路控制谐波。以PFC控制器所计算的电流与电压数据为基础,计算谐振频率值,通过谐振网络部分调整电压增益,确保LED驱动电源开关管实现零电压开关,实现临界连续模式下高功率LED驱动电源谐振控制。实验结果表明,采用该方法进行谐振控制的LED驱动电源,工作效率和PF值分别保持在88%和0.99以上,并且开关损耗低,未出现电流过冲,输入电压与输出电流波形相同,整体控制效果较好。     

A phase synchronization control scheme for LCL‐T type high‐frequency current source in parallel connection

Considering the applications of high voltage gate driving system and contactless power transmission, a current‐based power distribution is adopted as a kind of replacement of voltage based high‐frequency Alternating Current (AC) power distribution system. In order to implement high‐frequency current source, an LCL‐T resonant inverter is examined with constant current characteristic and high conversion efficiency. First, the resonant topology is studied as a high‐frequency power source, including circuit principle, operational cycle analysis, and AC analysis. The effective control and high conversion efficiency are both achieved by LCL‐T resonant inverter. Second, the phase angle control scheme is explored to improve the synchronization performance in parallel system formed by multiple of LCL‐T resonant inverters. Lastly, a prototype of parallel system is evaluated by simulation and experiment results, both of which are constructed by two resonant inverters with rated peak current of 2 A, rated output frequency of 30 kHz, and rated output power of 100 W. The experimental results in accordance with simulation prove that the better phase synchronization of output currents is achieved by the phase angle control. Hence, the high‐frequency resonant topology and phase control scheme are a feasible realization of current source that can be used to feed current‐based high‐frequency power distribution system. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd. Index Terms—high‐frequency AC (HFAC), power distribution system (PDS), LCL‐T resonant inverter, current source, phase angle control.     

电流型全桥软开关变换器的离散映射建模与仿真

介绍了高频电流型全桥软开关功率变换电路,该电路是一个高阶、多模态的非线性动态开关系统,传统的平均化建模方法以及定周期离散映射方法已不适用这类开关电路的精确动力学行为分析.本文提出了一种适合于软开关电力电子电路的基于离散映射模型的建模方法,并根据电路的拓扑建立了其离散映射模型,在此基础进行了仿真分析,其结果已被成功应用于非接触电能传输系统中,并达到了令人满意的实际效果.为一般的软开关电路建模与非线性分析提供了建模方法.     

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。