基于扩展移相控制下双有源桥移相角优化选取与分析

双有源桥(DAB)采用扩展移相(EPS)控制时,在同一传输功率下存在移相角的多种不确定组合。合适的移相角选取不仅是确保DAB满足功率传输要求的前提,同时也是降低回流功率、减小电流应力的重要保障。基于此,首先,提出了一种EPS控制下的DAB移相角优化选取方法,所建立的传输功率表达式可以降低传输功率特性的分析难度和计算复杂度;其次,在综合考虑回流功率与电流应力优化的前提下,可以进一步明确移相角的选取范围;最后,仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

感应耦合电能传输系统输出功率调节方法

高效调节输出功率是感应耦合电能传输系统的关键问题之一。文章分析了调幅、调频、移相以及能量注入控制四种基本功率调节方法的工作原理及其特征。根据移相控制改变逆变器移相角调节输出功率的特点,提出了一种新型基于谐波的移相控制功率调节方法,推导了从基波切换为各次谐波的移相角以及各次谐波工作下合理的移相角范围。该方法采用谐波替代基波传递功率,在输出同样功率情况下可降低器件开关频率。本文以3次谐波为例,通过实验验证了新型功率调节方法的有效性。     

谐振式无线电能传输系统恒功率输出特性研究

在无线充电过程中,电池阻值的变化会引起输出功率的波动,从而减短电池寿命,影响充电安全。针对磁耦合谐振式无线电能传输变负载系统,通常是在接收端加入控制电路使输出功率稳定,但这增加了用电设备的体积。因此,文中提出了基于反射阻抗原理的2种恒功率控制策略：Sepic电路恒功率输出控制策略和移相控制恒功率输出控制策略。首先分析了负载电阻对输出功率的影响;然后分别推导了Sepic电路驱动信号的占空比、移相控制中驱动信号的移相角与输出功率的关系,给出了恒功率控制策略的原理;最后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证了文中理论分析及所提控制策略的正确性。仿真结果表明,2种控制策略均能有效实现恒功率输出。     

基于谐波移相闭环控制的无线电能传输技术

基于谐波的移相控制利用谐波进行功率传递,是无线电能传输中一种新型功率控制方法,可以克服传统移相控制在轻载工况下效率低的问题。该文建立考虑谐波的感应耦合无线电能传输(ICPT)系统数学模型,分析不同开关频率和移相角下的输出功率变化特性,研究考虑逆变器死区影响下的谐波切换方法,最后提出了一种采用电流平均值进行谐波电流检测的方法,研究并实现了基于谐波移相控制的一次电流闭环控制策略。仿真和实验均验证了基于谐波移相闭环控制的有效性,既能有效提高轻载下无线电能传输的效率,又具有较好的控制特性。     

EV-BWPT无缝功率环移相控制策略研究

电动汽车双向无线电能传输系统以其便捷性、安全性和可靠性高等优势,在车网互联时代得到广泛应用。与传统的单向系统相比,双向系统需要在多个不同控制自由度中进行选取,从而影响系统传输效率。为降低系统无功功率,提高效率,提出一种双向无线电能传输系统无缝功率环移相控制策略。首先,对基于双边LCC补偿网络的双向无线电能传输系统进行了有功和无功功率传输特性分析,得出有功/无功功率与效率、内移相角及外移相角之间的关系;进而提出采用有功功率环路控制外移相角、无功下垂环路控制内移相角的无缝功率环移相控制策略,且该控制策略无需切换模式即可实现功率正反向流动;最后,通过Matlab/Simulink以及半实物实验平台,验证该控制方法的有效性。     

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

基于移相调制的无线供电与信息协同传输技术

该文提出一种基于移相调制的无线供电与信息协同传输技术。通过控制全桥逆变器的频率和移相角，将工作状态分为两种：当系统仅需要无线供电时，移相全桥逆变器的工作频率等于系统一次和二次线圈谐振频率f_p，实现无线电能的高效率传输；当系统需要同时进行无线供电与信号传输时，移相全桥逆变器控制频率采用f_p/3作为低频通信频率，通过调制移相角实现信号传输，利用其3次谐波频率f_p进行高效率无线电能传输。理论上，通信时所选择的工作相位点仅影响基波频率点幅值分量以实现解码，而对实现无线供电谐波频率点幅值没有影响。该技术采用二次侧双谐振回路构造能量接收电路和信号解调电路，可在同一套硬件装置上实现信道复用，实现低频通信信号的传输和无线电能的高效率传输，在海洋等对通信频率敏感的介质条件下具有明显优势。     

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge, DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

降低双有源桥DC-DC变换器回流功率的双移相控制策略

为减小双有源桥DC-DC变换器中的回流功率,对双有源桥DC-DC变换器进行数学分析,推导回流功率与传输功率、电压转换比的关系。针对传输功率的大小进行分段优化,得出各范围内的最优移相角,从而提出一种能减小双有源桥DC-DC变换器回流功率的改进双移相控制策略,该策略能在一定传输功率范围内满足软开关条件。在MATLAB/Simulink仿真平台上进行仿真实验,仿真结果表明,与传统的单移相相比,所提出的双移相控制策略能明显降低回流功率,并能在一定的传输功率范围内实现回流功率为零。     

3种谐振式无线电能传输系统的电路法模型及其特性

针对无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统处于不同负载、耦合系数和频率的运行状况进行分析,基于T型等效电路和二端口网络,得到了SS、LCL和LCC3种谐振网络的传递函数模型。将3种谐振网络的传输特性进行分析,实验结果表明3种谐振网络均为恒流输出,其中LCC网络具有随负载和耦合系数变化呈单调增的关系,有效地解决SS和LCL网络中存在传输功率过小等问题,并抑制系统处于偏谐振或低耦合状态下出现功率过载的情况。最后搭建了一台基于移相全桥(phase shift full bridge, PSFB)控制的LCC型WPT实验样机,能适应宽负载变化范围,当逆变器处于不同的移相角下均能保持零相角(zero phase angle, ZPA)的条件,使得系统具有较高的传输效率。     

磁耦合谐振式无线电能传输ARM和CPLD控制研究

磁耦合谐振式无线电能传输是中距离传输技术。两个耦合电路通过电磁场传递能量,当发射回路和接收回路处于谐振状态时,谐振体之间能量交换效率最高。设计了1台谐振频率70 k Hz的实验装置,发射端以ARM和CPLD为主控芯片,接收端以ARM为主控芯片,分模块设计了控制电路,并提出了一种基于ARM的频率跟踪控制方法。实验表明,控制系统运行稳定,控制效果理想。     

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%。     

基于磁耦合谐振的无线能量传输的实验研究

磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术,与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高、条件要求低等明显优势,目前国内对此技术的研究大都处于探索阶段。为了准确把握技术核心以及关键点,本文首先建立了无线电能传输模型,并在此基础上利用互感原理和耦合理论对传输效率进行了推导,得出了谐振频率、线圈互感、线圈品质因数等影响传输效率的关键因素。随后,通过大量实验验证了上述理论分析结论,并且对理论推导结论中未体现的因素进行了实验探索,所得结果对原有理论进行了有益补充,在实验室条件下实现了传输效率为60%、接收功率为2W的电能传输。另外,在对发射谐振频率和接收谐振频率与系统谐振频率的关系分析中,利用互感理论解释了接收端谐振频率与系统谐振频率相同的必要性。最后,总结了在磁耦合谐振式无线能量传输技术应用过程中提高传输效率和有效传输距离的若干方法。     

磁耦合谐振式无线电能传输电动汽车充电系统研究

为研究电动汽车无线充电系统,解决电动汽车有线充电时的不安全、不便利问题,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,从改进传输线圈结构出发,在传输线圈外侧增加导磁体,将磁通尽可能束缚在两传输线圈之间,减小向外界的泄漏,缩短磁通在空气中的磁路长度,从而有效增强无线电能传输系统的耦合程度,大大增加传输功率,提高低频条件下的传输距离和效率。设计了具有频率自动跟踪控制的12 k W/70 k Hz高效磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统,并进行实验研究,得到一系列传输线圈距离和负载阻抗、传输功率及传输效率之间关系的实验数据。特别地,实验结果表明在传输距离0.3 m、输入功率12.6 k W时,谐振频率为72.6 k Hz,传输效率达到94.33%。     

降低整数阶无线电能传输谐振频率的分数阶方法

针对谐振无线电能传输谐振频率高而电力电子器件目前较难实现高频大功率开关变换器的问题,提出一种基于分数阶原理降低无线电能传输谐振频率的方法,建立SS型分数阶无线电能传输系统的电路模型,推导其输出功率和传输效率的表达式,通过Matlab数值仿真分析分数阶元件的阶数对谐振无线电能传输参数及特性的影响。研究结果表明,采用分数阶电感、电容元件,可以大幅度降低谐振无线电能传输系统的谐振频率,从而降低开关器件的开关频率,且可以输出比整数阶无线电能传输系统更大的功率。     

全方位无线电能传输系统设计

针对泛在监测背景下低成本、复杂度低的全方位无线电能传输系统需求,从线圈设计角度提出了一种使用单电源的全方位无线电能传输系统。该系统发射线圈设计为一条导线制成的六面连通立方体,接收线圈为单个矩形线圈。通过磁场分布和互感特性的仿真分析,选择了最优的全方位线圈结构。实验表明在发射线圈任意角度传输功率和效率均能满足无线电能传输系统要求。最终从传输距离和传输角度两个方面,总结了全方位系统的电能传输规律,为接收线圈的最佳安装范围提供依据。     

Wireless Power Transmission Model Using Coaxial Helical Solenoid Coils for Powering Utility Equipment

Mid-range low-power wireless power transmission systems using resonant–inductive coupling have recently been in use for powering a variety of household gadgets. A modified resonantly coupled system for a wireless power transmission system using coaxial helical solenoid coils is presented, using distributed parameters predominantly at high frequency. The proposed system is reduced using circuit transformations, and the operating power transfer efficiency under varying conditions of source and load are derived. The model is tested with an experiment consisting of a home lighting utility load for the resonant frequency of 1.2 MHz. The experimental results are in close agreement with the proposed analytical model for varying distances between the transmitter and receiver. A comparison of the operating power transfer efficiency of the proposed model with resonantly and inductively coupled models for varying distances between the transmitter and receiver is presented. Maximum power transfer efficiency by matching source and load resistances is simulated using the RF Toolbox (http://www.mathworks.in/products/rftoolbox) on the proposed, resonantly coupled, and inductively coupled models. The simultaneous conjugate-matching technique for increasing the power transfer efficiency to near 100% is also presented.     

一种副边斩控无线电能与信息同时传输系统

针对在无线电能传输系统中实现原、副边之间信息通讯的问题,提出一种基于电能传输通道的副边斩控无线电能与信息同时传输新结构及其控制方法,其结构简单,副边仅有一个全控器件.通过理论分析得到副边全控器件导通角与负载电压的关系,副边通过反馈控制调节全控器件导通角实现负载电压恒定输出;通过改变电能传输频率和副边全控器件开关频率进行...     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输损耗的研究

相比于传统的有线充电,无线充电是一种更加方便和可靠的充电方式,在电动汽车、生物医学等领域具有较为广泛的应用前景。然而传输效率的低下却限制了无线电能传输技术的进一步推广。磁耦合谐振式做为一种最主要的无线电能传输技术,其主要由高频电源,补偿结构,磁耦合结构以及整流滤波四部分构成。目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率分析时大多仅考虑磁耦合结构的损耗,对系统中高频电源以及整流滤波的损耗考虑欠少。文章在预定效率以及恒功率条件下计算磁耦合谐振式无线电能传输系统中各部分损耗与互感之间的关系,寻求满足系统要求的互感值。最后设计了一套传输功率为1000W,传输效率为85%的磁耦合谐振式无线电能传输系统,实验结果表明文中的损耗计算方法具有较高的准确性。本文研究结果为无线充电系统分析及性能改善起到积极推动作用。