无线电能传输用S/CLC补偿拓扑分析

提出一种用于无线电能传输系统的S/CLC补偿拓扑。该补偿拓扑能够实现恒压输出、零输入相角以及零电压开关,最大输出功率也不受松耦合变压器参数的限制。从理论上分析S/CLC补偿拓扑的优点,并通过实验进行验证。考虑到松耦合变压器参数对无线电能传输系统的性能有很大影响,还仿真研究了圆形松耦合变压器的优化设计,根据优化结果制作了一个圆形松耦合变压器。该变压器的耦合系数和优化结果一致,证明了所提圆形松耦合变压器优化设计方法的正确性。     

宽耦合范围的多模式无线电能传输系统

无线电能传输系统的传输能力在很大程度上受到其线圈耦合范围的限制.对于串联补偿的无线电能传输系统,传输功率随线圈耦合增强将降低,因此在实际的系统伏安容量限制条件下,传统无线电能传输系统难以在较宽的线圈耦合范围内输出所需的额定功率.为此提出了一种基于中心抽头绕组的可重构谐振拓扑,可在不同的线圈耦合范围内选择不同的连接方案和工作模式.可重构谐振拓扑充分考虑了各部分电路在不同模式中的重复利用,使系统在覆盖更宽耦合范围的同时保持了简洁的电路拓扑和尽量少的元件数量.仿真结果证明了该结构可在不显著增加系统伏安容量的情况下,大幅增大系统输出额定功率的线圈耦合范围.     

松耦合感应能量传输系统中补偿网络的分析

松耦合感应能量传输(Loosely Coupled Inductive Power Transfer,简称LCIPT)技术结合了电磁耦合技术与电力电子技术,实现了电能的无接触传输.由于松耦合感应能量传输系统中初级与次级间存在较大的气隙,且漏感较大,自感和耦合系数低,系统的能量传输能力也低,因此需要采用补偿技术,以实现能量的高效传输.这里利用负载模型,分析并研究了系统的不同补偿拓扑对系统性能的影响.实验证实了理论分析的正确性.     

一种抗宽范围耦合系数波动的三元件补偿型感应式能量传输系统

常规LCL型感应式能量传输系统具有电压增益独立于负载的特性,在耦合系数波动小而负载范围较宽的无线能量传输场合应用较广。然而其输出特性受耦合系数影响很大,不适用于动态能量传输场合。在LCL型补偿拓扑的基础上,通过改造其输出特性,提出一种适用于动态感应式能量传输场合的改进型拓扑,以适应大范围耦合系数的变化。从平滑输出电压增益的角度出发,定量分析电压增益和输出阻抗角与耦合系数和无源元件参数的关系。通过对LCL型谐振腔增加一阶自由度,构造了三元件补偿的LCC型拓扑,实现了耦合系数大范围波动情况下输出功率近似恒定。与常规拓扑相比,该补偿拓扑对耦合系数的敏感性大大降低。最后,设计一台原理样机,传输功率在耦合系数大范围波动下保持平稳,相比常规拓扑,使得输出特性关于耦合系数的敏感性大大降低。验证了设计方法的有效性。     

CPT系统耦合回路参数设计及工作特性分析

在非接触电能传输(CPT)系统中,由于耦合回路的存在,增加了系统参数设计及工作特性分析的难度。用去耦等效电路模型对4种拓扑结构下的CPT系统进行分析,将互感耦合回路变换为普通串并联电路,推导出了原耦合回路中关键参数的计算公式。然后主要针对串联-串联(SS)型CPT系统,分析其输出电压、输出功率和效率等工作特性,并对负载电阻进行优化设计以实现系统能量高效地传输。最后,在此参数设计的基础上对它的工作特性分析结果进行仿真验证。     

基于双LCC谐振的无线电能传输系统设计

无线电能传输(WPT)技术具有便捷、安全、无空间限制的优点,基于双LCC谐振补偿的感应耦合式电能传输(ICPT)系统,因其较高的功率因数、输出电流与负载无关的优点,逐渐成为电动汽车行业的研究热点。针对双LCC型ICPT系统效率优化,此处建立互感等效电路模型,根据系统谐振条件,由基波分析法推导电容参数与软开关(ZVS)实现的关系,提出优化初级电容的系统参数设计方案,实现逆变桥ZVS以提高系统效率。最后设计搭建一台基于双LCC谐振拓扑的3.3 kW样机进行实验,实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

直流高压开关柜用无线电能传输系统优化研究

直流高压开关柜在线温升监测系统不能采用电流互感器从高压直流输电线路上取电为自身供电.首次提出将无线电能传输技术用于直流高压开关柜在线温升监测系统,利用无线电能传输系统原、副边电气隔离的特性,极大简化了绝缘系统设计难度.论述了四种经典耦合机构的优缺点,阐明了其在本应用中的适用性,对比分析了利兹线线圈和印制电路板线圈的交流电阻,推导了S/S和LCC/S补偿拓扑原边线圈电流的表达式,分析了采用这两种补偿拓扑的无线电能传输系统在低耦合系数时的损耗.根据理论分析结果,确立了"平面方形耦合机构+利兹线线圈+LCC/S补偿拓扑"的方案,搭建样机验证了理论分析的正确性.     

谐振式无线电能传输系统的电容选择

初、次级补偿电容的选取直接影响磁耦合谐振无线电能传输系统的性能。但对于补偿电容的选取没有一种明确的指导方法。以磁耦合谐振等效电路为基础,推导出补偿电容与传输效率和传输功率之间的关系,为磁耦合谐振无线电能传输补偿电容的选取提供了一种方法。最后,设计了硬件电路并进行了相关研究。实验结果与仿真分析取得了较好的一致性,证明了该方法的有效性和实用性。     

无线电能传输技术研究与应用

概述了无线电能传输技术的工作原理、技术挑战以及典型应用。首先,介绍了近场传输中的电感与电容耦合机制,并对不同的拓扑结构进行比较分析,得出补偿电容参数;然后,结合近几年国内外学者的研究现状,介绍目前在无线电能传输系统中所面临的技术难题,并对相应的解决方法进行了分析;最后,概述无线电能传输技术在电动汽车和便携式电子设备中的应用,并讨论了无线能量传输技术未来的发展重点。     

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。     

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。     

SS式磁耦合谐振无线电能传输系统软开关研究

由于串联-串联式(SS)拓扑的磁耦合谐振无线电能传输系统具有传输距离远、传输功率大、安全便捷等优点,受到人们的广泛关注。但随着工作频率的提高,开关器件会产生较大的硬开关损耗,导致该系统传输效率下降。该系统应用一款实现软开关的全桥变换器,并分析谐振网络中补偿方式特性,计算开关器件的输出电容,给出软开关实现条件和死区时间设计。然后,搭建磁耦合谐振无线电能传输系统实验平台,实验结果表明,相比于传统的软开关,此处实现的软开关使得该系统的整体传输效率提升了4.9%。     

多负载磁耦合无线电能传输系统的拓扑发展和分析

近年来,多负载磁耦合无线电能传输技术已成为一个研究热点,其中系统拓扑是一个关键的研究内容,决定了该技术是否能够满足不同应用场景的需求,为此该文对多负载磁耦合无线电能传输系统拓扑进行梳理和分析.首先,将多负载磁耦合无线电能传输系统拓扑进行分类,进而对单电容补偿型、高阶阻抗匹配型、多米诺结构型和多通道型等拓扑进行分析;接着...     

基于磁耦合谐振的无线电能传输系统设计

基于磁耦合谐振的无线电能传输技术在众多传输技术中具有传输距离适中和效率较好的优点。阐述了磁耦合谐振式无线电能传输原理并建立等效互感理论模型进行参数分析,进一步基于不对称半桥和LC串联谐振电路拓扑分析了开关管占空比变化对输出功率的影响。设计了一种小功率无线电能传输系统,并通过仿真和实验,验证了理论分析和系统设计的正确性。     

具有强抗偏移性能的电动汽车用无线电能传输系统

针对电动汽车无线充电时线圈偏移会造成输出电压不稳定和效率迅速降低的问题,设计一个抗偏移性能优异的电动汽车用无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统,该系统采用LCC/S补偿拓扑以及扁平螺线管磁耦合结构,并在后级加入数字闭环Buck变换器,以实现精确的恒压输出。分析LCC/S补偿拓扑的输出特性,说明扁平螺线管磁耦合结构抗偏移性能优异的原因,借助有限元仿真软件优化线圈和磁芯的尺寸。为验证理论分析,搭建输出功率恒定为500W的系统样机,样机使用的磁耦合结构的外尺寸为306mm×300mm×16mm。结果表明,当传输距离176mm时,能量传输效率高达88%,即使横向偏移达到230mm,系统仍能输出恒定电压。     

全方向无线电能传输电磁耦合系统仿真分析

近年来,全方向无线电能传输技术由于具有位置鲁棒性好、安全可靠性高和环境亲和力强等独特优势,受到国内外研究机构和科研院所的广泛关注.高性能的电磁耦合系统作为全方向无线电能传输系统的关键环节,对实现高效的系统能量传输有着至关重要的作用.首先,运用电路理论建立了全方向线圈结构的等效电路模型,得到系统输出电压和输出功率的表达式...     

(20期拿下）谐振耦合式无线电能传输系统谐振线圈的优化设计*

谐振耦合式无线能量传输方式可用于中距离传输能量,是一种新型的能量传输方式。文中针对谐振耦合式无线电能传输系统中谐振线圈对无线电能传输的影响问题,建立两线圈等效电路模型,详细分析了线圈谐振状态和互感对系统传输功率和效率的影响,提出了一种兼顾系统传输功率与效率的谐振器优化设计方法,并结合实例仿真,设计制作了多组参数的谐振线圈进行比较实验,结果证明,在谐振状态下两谐振线圈匝数乘积为定值时,系统的传输功率和效率基本保持不变,从而证明了所提方法的可行性。     

不同补偿拓扑结构下电动汽车无线充电系统传输特性对比

无线电能传输系统(WPTS)的核心器件为耦合变压器,其原、副边线圈间的气隙会产生漏感和激磁电感,从而降低输出功率和传输效率.为了补偿漏感和激磁电感,WPTS需要添加补偿网络.根据原、副边补偿方式不同,有SS(series-series)型、双边LCL型和双边LCC型补偿拓扑.针对这3种典型的补偿拓扑,通过MATLAB/...     

具备恒压特性的SP/S感应式无线电能传输系统

在感应式无线电能传输系统的实际应用中,通常需要系统输出电压保持恒定。采用一种基于串并/串(SP/S)谐振补偿的感应式无线电能传输系统拓扑结构,当系统发射端和接收端的相对位置确定并采用定频控制时,该结构在全负载范围内具备接收端输出恒压特性。同时分析了随着横向偏移的变化,系统输出恒压增益的变化特性。最后,设计了一个6.6 k W、20 k Hz定频控制的感应式无线电能传输实验系统,验证了所采用的SP/S谐振补偿拓扑结构的可行性和有效性。