无线充电系统仿真

2．（20分）设计电动汽车无线充电系统，要求：

1）给出系统整体设计方案；

2）设计系统功率2.2kW，输入电压220V，输出电压300V；

3）给出系统simulink仿真图及关键部分波形图；

4）给出系统主要参数设计过程。

1、设计方案

无线充电系统的设计功率为2.2kW，输入电压为工频交流220V，输出电压为直流300V。根据设计要求，需要该系统有一定的自调压能力。

整体设计方案为：先通过一个交直交变频器输出高频交流电，将这个高频交流电通过无线传输装置（仿真中用耦合电感代替）传输到汽车内置的接收装置。通过整流电路转化为直流电，最后通过一个带负反馈的调压电路输出300V电压并能控制充电电流。具体设计过程如下：

2.1、首先使用一个二极管不控整流模块，将220V电转化为直流电，并使用LC滤波，滤波后的电压约为350V。

二极管不控整流模块如下图：

经过LC滤波之后的输出电压：

2、使用IGBT全控器件搭建单相逆变模块，将直流350V转化为高频交流电，频率为20kHz。一般来说，频率越高，传输同样的能量使用的耦合电感越小，能量的损失也越小。由于受到器件开关速度的显示和工业标准的限制，使用电磁感应方式的无线充电系统频率不超过100kHz。在这里我的传输频率为20kHZ，符合要求。

前半部分的整体仿真模型。包括二极管整流模块，高频逆变模块，耦合电感作为无线传输模块：

经过逆变模块后产生的高频方波交流电，频率为20kHz：

经过耦合线圈传输到副边的高频交流电，由于耦合线圈相当于一个电感，电压传输到副边后稍微有些畸变。另外耦合线圈相当于变压器，将电压升高到600V 左右。

无线能量传输模块的设计非常复杂，在这里不做具体设计。仿真中只使用耦合线圈作为无线传输模块，接受前端的高频交流电，并通过第二个整流电路变为直流电，在这里我使用了全控型器件搭建第二个整流桥，这样可以通过改变移相角使其具有一定的调压能力。

耦合线圈副边，使用IGBT搭建单相全控整流电路：

IGBT单相全控整流电路输出波形，由于电路后端还有一个斩波电路，所以这个整流电路的输出波形先升后降，最终在380V左右：

最后使用一个三电平buck斩波电路结合PI控制器进行精确调压。使输出电压稳定在300V。

耦合线圈后端的整体仿真模型，包括一个全控整流电路和一个三电平buck 斩波电路。从该图也可以看到系统的整体电压基本稳定在300V。

从最终的输出电压波形也可以看到，经过一段时间的调整，输出电压最终稳定在300V。