无线电能传输系统恒流—恒压输出特性的研究

无线电能传输系统恒流—恒压输出特性的研究相比于插拔式供电,无线电能传输(Wireless Power
Transfer,WPT)具有安全可靠、灵活方便的优点,故广泛应用于电子设备、电动汽车及人体医疗植入设备等领域。

采用无线电能传输技术对用电设备恒流或恒压供电的场合较为广泛,而无线电能传输系统中加入合理的补偿网络不仅可以消除无功环流以提高功率因数,还可实现与负载无关的恒流或恒压输出。

因此,设计合理的补偿网络实现恒流或恒压输出是无线电能传输技术研究的热点之一。

本文介绍了二阶、三阶补偿网络的谐振条件与输出特性,之后运用谐振腔理论分别分析了基本低阶补偿网络与高阶补偿网络在零输入相角(ZPA)前提下的恒流或恒压输出特性。

针对目前补偿网络的不足,为更好实现无线电能传输系统恒流或恒压输出,本文分析了LC/S补偿网络的互导增益及
其与负载无关的条件,并对各补偿元件的灵敏度以及系统ZPA与零电压开通(ZVS)的实现进行研究,分析说明了实际应用中原副边线圈与
补偿电感的内阻会影响互导增益,以及互导增益变化率与等效负载变化范围和原副边线圈间互感相关。

在LC/S补偿网络的基础上提出了具有恒压输出特性的LC/LCC补偿网络,对其副边r型谐振腔中各补偿元件的灵敏度以及ZPA的实现进行了分析。

之后为了实现两种补偿网络变换前后电流与电压平滑过渡,对Γ型谐振腔中补偿参数进行了分析设计。

最后设计了无线电能传输系统两种补偿网络的参数,搭建仿真模型与实验平台,仿真与实验结果验证了本文理论分析的正确性及方案的可行性。