基于T型CLC谐振网络的恒压型电场耦合电能传输系统负载自适应技术

针对电场耦合无线电能传输(ECPT)系统的负载自适应问题以及如何保证系统负载在一定范围变化下具有恒压输出特性问题,基于T型CLC谐振网络提出了一种具有负载自适应特性的恒压型ECPT系统。分析T型CLC谐振网络的特性,推导出系统输出电压与负载电阻无关的表达式,建立系统满载和空载时的稳态模型,给出了系统参数设计方法。最后,利用仿真和实验验证了该文提出的ECPT系统及其参数设计方法的可行性和有效性。     

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。     

变结构LC-CLCL拓扑恒压恒流型电场耦合电能传输系统

该文提出一种变结构LC-CLCL拓扑电场耦合电能传输(electric-field coupled power transfer,ECPT)系统,可实现负载变化下的恒压或恒流输出,对电池类负载的稳定充电具有重要意义。首先,给出LC-CLCL补偿ECPT系统的基本结构及切换策略,并建立等效数学模型;然后,分析恒流、恒压及空载模式下的系统特性,建立恒压恒流实现条件,且能保证系统负载切除时自动进入低功耗状态,此基础上,给出系统参数设计方法;最后,搭建仿真和实验系统,在输入电压恒定情况下,实现1A的恒流输出,50V的恒压输出,验证所提方法的有效性和正确性。     

基于T-Π复合谐振网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(ECPT)技术是一种以高频电场作为能量介质的无线电能传输方式。在实际应用中,相当一部分用电设备要求工作电压不随其负载的变化而发生大的改变。针对这种需求,分析对比现有的恒压型ECPT系统的特性,提出一种T-Π复合谐振网络。该拓扑利用自身的传输特性来实现输出电压不随负载的变化而改变,无需额外设置检测与调节电路。同时,还能保证系统始终工作于零相角(ZPA)状态。另外,为了确保系统具有较低的总谐波畸变率、参数敏感性以及足够大的负载可变范围,研究采用不同参数配置方法的T-LCL谐振网络的恒流特性与Π-CLC谐振网络的恒压特性,并在此基础上给出谐振网络的配置方法以及系统主要参数的设计方法。最后通过仿真与实验验证了所提出系统的传输特性以及参数设计方法的正确性。     

基于双侧F-LCLC网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(ECWPT)系统借助高频电场作为能量介质来传输能量。在实际应用中,许多用电设备需要工作在稳定电压下。为了满足这种需求,提出了一种基于双侧F-LCLC谐振网络的恒压型ECWPT系统,在无需额外设置检测与调节电路的条件下,实现了输出电压不随负载的变化而改变,同时保证系统始终工作于零相角(ZPA)状态。分析了F-LCLC谐振网络正向与反向两种形式的传输特性,给出了网络输出电压与其负载阻值无关的条件,并研究了系统的总谐波畸变率、恒压特性及参数敏感性,在此基础上给出了系统主要参数的设计方法。最后,通过仿真与实验验证了所提出系统的恒压特性以及参数设计方法的正确性。     

基于ECPT无线传输技术的恒压输出特性传输结构

电场耦合式无线电能传输（ECPT）技术借助金属极板在高频电场中激发出的位移电流来实现无线电能的传输。在实际运用中，部分用电设备的负载可能会发生变化，但所需的电压不会发生大的改变，对此提出一种包含T型与π型CLC结构的复合谐振简化拓扑（其中T型结构用以输出稳定高频电流，π型结构用以输出稳定电压），并利用基波等效法对两种拓扑结构进行分析。最后，通过搭建一套可传输135 W电能的恒压ECPT系统进行仿真与试验，验证了所提出结构的特性。该ECPT结构具有电路结构简单、经济、可靠的优点。     

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%。     

E类源磁谐振无线驱动LED系统的恒流设计

采用E类放大器的磁谐振方式无线驱动LED系统中,由于前端E类放大器对末端负载变化敏感,而影响LED负载的恒流驱动特性。基于此,首先通过引入改进E类放大器实现其恒压输出特性,进一步在线圈传输网络的输出侧增加无源补偿网络,设计其输出阻抗近似为无穷大,以实现LED负载的恒流驱动。无源补偿网络采用二端口传输矩阵法设计其输出阻抗,并根据设计条件确定出相应的电路结构及参数。最后考虑了在寄生参数影响的情况下,对磁谐振无线电能驱动LED系统的传输特性进行了分析,并通过仿真和实验验证了该系统恒流设计方法的有效性。     

基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统

为了减少混合谐振式无线充电系统的开关器件和无源元件数量,提高系统输出功率,同时简化原、副边的控制策略,提出一种基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统,无需原、副边通信和增加任何无源元件,仅通过LCL结构的自投切操作更改拓扑网络来实现无线充电系统恒流恒压的切换。首先,依靠T型网络分析恒流或恒压输出与输入阻抗呈纯阻性的关系;然后,引入混合型补偿网络数学模型,分析实现系统输入电流和电压之间零相角（ZPA）与恒流或恒压输出特性的参数配置条件;接着,依据蓄电池充电曲线特征、谐振电流阈值、电压跳变阈值和耦合系数变化约束,进一步提出一种适用于混合谐振式拓扑网络参数优化的设计方法,在避免谐振网络参数经验选值的局限性导致参数不确定性问题的同时,也为参数选取提供了理论依据;最后,搭建实验平台验证该方案的可行性与有效性。实验结果表明,优化谐振网络参数的无线充电系统具有较好的恒流恒压输出特性,系统最大传输效率为81%,完全满足恒流恒压无线充电需求。     

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。     

基于双T型补偿网络的无线充电系统研究

为实现电动汽车无线充电系统的恒压输出,提出一种基于双T型补偿网络的电动汽车无线充电系统,无需加入闭环控制电路和动态调谐电路,通过对补偿网络的设计即可实现系统输出电压,具有负载无关性,且系统同时具有单位功率因数输入特性。首先建立了双T型补偿网络电动汽车无线充电系统的等效模型,并分析了系统的恒压输出特性与单位功率因数输入特性,接着给出了系统一般性设计方法,最后通过仿真和实验验证了理论分析的可行性及有效性。     

基于宇称时间对称的电场耦合式无线电能传输系统

电场耦合式无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer, ECPT)系统因电磁干扰小、对极板间金属异物不敏感、无涡流损耗等优点而受到广泛的关注,然而其输出功率和传输效率会随着发射侧极板和接收极板之间距离的增加而急剧下降。为了解决上述问题,提出一种基于宇称时间(parity time, PT)对称的ECPT系统。其中通过电力电子变换器提供非线性饱和增益,以满足PT对称条件。分别建立基于PT对称的并联-并联(parallel-parallel, PP)型和串联-串联(series-series, SS)型2种补偿拓扑的ECPT系统电路模型,推导了2种不同拓扑结构ECPT系统的工作频率和传输特性,比较并讨论2种不同拓扑结构ECPT系统的适用场合。分析结果表明,当耦合极板间的距离(极板耦合系数)发生变化时,所提出的系统均能在满足PT对称条件下保持恒功率和恒效率输出。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于补偿网络电流分析的恒压恒流无线充电系统

为了避免民用飞机机载设备与电源插拔过程中带来电火花的危险,并提高设备充电的便利性,本文采用无线充电方式为其进行供电。在恒压恒流无线充电系统中,补偿网络支路电流大小不仅决定功率器件成本,也与系统损耗直接相关。因此,对补偿网络电流优化,是实现高效无线电能传输的重要途径。本文首先分析了低阶网络的回路电流关系,得到了回路电流最小的条件,进一步推广到高阶网络,获得最优补偿网络电流一般性方法。其次,在分析原副边完全对称补偿网络具有实现恒压或恒流的基础上,得到一系列恒压恒流拓扑,并结合最优补偿网络电流方法对拓扑进行参数设计,同时采用原边电流检测方法进行恒压恒流切换,避免了原副边之间的通信。最后,通过仿真和实验验证电流优化方法和负载无关实现方法,结果表明,所述拓扑具有很好的恒压恒流输出特性,同时电流优化方法能大幅度减小回路电流应力,从而提高系统传输效率。     

基于双边LC补偿的单电容耦合无线电能传输系统

单电容耦合无线电能传输（SCC-WPT）消除了传统电场耦合式无线电能传输（EC-WPT）中交叉耦合电容的影响,更适用于二维平面移动设备的无线供电。但现有的SCC-WPT系统由于其功率等级小、传输效率低限制了该技术的进一步发展。该文对SCC-WPT系统的拓扑结构和参数设计方法进行研究,给出一种可使系统输出功率和效率大幅度提升的拓扑结构和两种参数设计方法。基于提出的拓扑和参数设计方法搭建实验样机,通过实验对系统的能效特性、输出特性和抗偏移性能进行研究。实验样机在采用LCC配谐方法时输出功率达到1.43kW,效率达到85.9%,且具有恒流特性;采用LC配谐方法时,系统输出功率达到1.24kW,效率达到91.9%,且具有恒压特性;同时两种配谐方法都使系统具有较好的抗偏移特性。该文的研究成果给SCC-WPT技术提供了新的研究思路,有利于促进SCC-WPT系统的机理研究和该技术的进一步发展。     

电动汽车恒流恒压型无线充电系统设计

针对电动汽车车载电池在充电过程中需要先进行恒流充电,一段时间后再进行恒压充电,而现有的电动汽车无线充电技术中无法同时兼顾恒流与恒压2种特性,提出一种具有恒流恒压充电功能的电动汽车ICPT系统,其利用双向开关能够实现恒流与恒压2种输出特性,很好地解决了电池恒流恒压充电问题。首先对系统进行了深入的理论研究,推导了2种模式下的数学基础以及切换机制,并给出了系统设计方法,最后通过实验验证了理论研究的正确性以及技术实施的可行性。     

基于双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统研究

为了简化磁耦合谐振式无线充电系统电路设计和控制的复杂性,提出一种双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统,只需对部分补偿元件进行投切操作,即可实现恒流和恒压充电。首先利用二端口网络对系统原边、副边建模得到双LCL数学模型,分析实现恒流或恒压输出的参数配置条件;然后根据恒流和恒压参数配置特点,设计变补偿参数的电路结构;再根据仿真方法得出的关键参数与系统传输特性之间的关系,合理设计参数配置,使得磁耦合谐振式无线充电系统无复杂电路环节而且控制简单,还可实现原边电流和频率恒定;最后搭建实验平台,验证设计的系统输出的电压或电流波动较小,可以满足恒压和恒流充电的要求。     

基于频率切换的S/SP拓扑恒流恒压输出WPT系统研究

近年来,无线电能传输技术因其稳定、安全、电气隔离等优势受到研究者广泛关注。在实际应用中,确保无线电能传输系统在零相位角的条件下实现稳定的先恒流后恒压充电输出对延长电池寿命和提高系统的功率传输效率至关重要,因此,提出了一种基于频率切换的S/SP拓扑补偿的具备恒流和恒压充电功能的WPT系统。通过理论分析,该系统可以在2个固定的零相位角频率点下实现稳定的恒流和恒压充电输出特性,且无需重构电路补偿结构。此外,所提系统的整体补偿元件较少,降低了系统的设计复杂度和开发成本。为验证所提系统的正确性,搭建了一台4.2 A/56 V充电输出的实验样机。实验结果与所提系统的理论分析吻合良好。     

基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统

随着新能源产业的迅速发展,锂电池以其优越的性能得到市场的青睐.为满足锂电池充电过程中对恒流和恒压的实际需求,提升充电的灵活性与安全性,该文提出一种基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统.首先剖析在不同电源输入工况下串联-串联(S-S)型补偿网络的基本输出特性,同时结合高阶补偿网络的构造机理,借此衍生出适...     

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。