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。

基于LCLC恒流网络的LED自均流电路

多路半导体发光二极管(light-emitting-diode,LED)并联会造成导通电流不均衡,而电容均流方案由于其简单可靠得到广泛应用。为输出所需的LED电流,电容均流方案采用变频控制会引入无功环流,提高器件应力,而采用定频占空比控制时,变化的LED负载难以保证零电压开关(zerovoltage switching,ZVS)的实现。针对此问题,文中提出一种基于LCLC谐振网络的恒流源输出LED驱动电路,可有效解耦负载对输出电流的影响,定频控制,且同时实现输入阻抗为纯阻性,避免无功环流。该谐振网络亦结合电容均流方案,采用较少的器件实现多路均流。此外,该电路具有短路自保护功能,易于实现脉宽调制(pulse width modulation,PWM)调光。最后,以4条LED支路为例,搭建实验样机,实验结果证明该电路的有效性。

基于恒流源补偿网络的电磁感应式非接触能量传输的LED驱动电路

电磁感应式非接触能量传输(inductive power transfer,IPT)的半导体发光二极管(light-emitting diode,LED)照明系统具有便利、灵活、安全等优点。为提高IPT的传输效率,IPT松耦合变压器两边需引入补偿网络。补偿后的IPT变换器输出特性十分复杂,其输出电压或电流与变压器参数、补偿结构和参数、开关频率和负载均有关。而LED负载的等效阻抗易随温度变化,松耦合变压器的磁场并不均匀,难以设计,这些问题使得IPT LED驱动器难以直接输出LED需要的驱动电流。针对此问题,该文提出一种基于恒流源补偿网络的IPT LED驱动电路,恒流源补偿网络使得IPT输出恒流,解耦电流与负载阻抗的关系,通过提出的变压器参数和补偿参数设计方法,采用定频占空比控制,可直接输出LED所需的电流,避免使用后级变换器,避免频率控制带来的频率分叉问题。该文还提出在给定变压器尺寸、气隙、负载范围、效率下的IPT系统综合设计方案。最后,搭建了一台20 W的IPT LED驱动电路,实验结果证明所提出的补偿网络可以准确实现与负载无关的恒流输出,避免无功环流,实现较高的传输效率。

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。