无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

基于多目标优化理论的耦合无关恒压输出型LCC/S补偿感应电能传输系统

基于传统完全谐振参数设计方法的感应电能传输(IPT)系统只有在发射线圈和接收线圈完全耦合时才能表现出最佳性能。实际的IPT系统多为变耦合系统,耦合系数变化可能导致输出电压大范围波动和效率降低等问题。该文提出一种基于多目标优化理论的补偿拓扑参数设计方法,在耦合系数和负载变化的情况下仍然可以获得相对恒定的输出电压且能够高效运行。首先,利用基波近似分析法建立LCC/S补偿IPT系统的系统方程。其次,以补偿参数为优化变量,以减小输出电压波动、提升系统效率为优化目标,以电感最大通过电流、电容最大承受电压和零电压开关为约束条件建立多目标优化模型。然后,利用多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解所建立的多目标优化模型,并得到Pareto最优解集。最后,根据实际需要,从Pareto最优解集中选择合适的补偿方案,并进行仿真分析和实验验证。实验结果表明,优化方案的电压波动率(VFR)约为传统方案的45%,且优化方案的最低传输效率(87.5%)仍大于传统方案的最高传输效率(86.3%)。该方法可用于优化满足耦合和负载无关恒定输出、高效率、零电压开关等特性的补偿拓扑。

3kW恒压输出ICPT系统设计与软启动控制

补偿拓扑不但会影响ICPT系统的ZPA和输出特性,而且决定了松耦合线圈电流形状和谐波含量。与传统补偿拓扑设计仅考虑ICPT拓扑输出特性不同,在对比了S-S、LCC-S和LCC-LCC三种恒压输出补偿拓扑谐波电流抑制能力的基础上,以LCC-LCC为对象,详细讨论了松耦合线圈的设计、补偿参数的优化和软启动控制。为了验证理论分析和解决方案的有效性,面向特种应用,研制了一款270 V输入、270 V恒压输出、传能30 mm、弧长l=268 mm的ICPT原理样机。实验结果表明,样机不但实现了270 V的恒压输出和ZPA,而且峰值效率和满载效率分别高达95.21%和94.8%,研究和设计具有正确性和先进性。

具有抗偏移恒压输出特性的复合式双频感应电能传输系统研究

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统的线圈偏移难以避免,导致系统输出电压平稳性下降。由于全桥逆变器产生方波电压,使谐波难以完全消除。为利用谐波提升系统抗偏移能力,该文设计一种基于基波-谐波并行传输的复合式双频IPT系统,耦合机构接收端选取双极性结构线圈以消除副边线圈间的交叉耦合,结合系统参数设计方法使系统在耦合机构发生偏移的情况下实现自适应恒定电压输出,该系统耦合机构采用单发射双接收结构,较传统基波-谐波并行IPT系统采用双发射双接收的结构所用线材更少,且无需复杂反馈控制。最后,搭建一个200W原理样机验证所提方法正确性和有效性,耦合机构横向偏移33%,同时负载在24~40Φ变化时,系统输出电压波动始终保持在5%以内。

具有恒压输出特性的电场耦合式动态无线电能传输技术

电场耦合式无线电能传输(EC-WPT)技术具有耦合机构轻、涡流损耗小和抗偏移性强等优势,这些优势很好地契合了动态无线电能传输系统的需求。但是,耦合参数和负载电阻的时变性会对EC-WPT系统的输出电压平稳性产生影响。因此,该文提出一种具有变负载与过分段恒压输出特性的动态EC-WPT系统。基于反混合G参数建立多端口电场耦合机构数学模型和等效电路,在此模型上提出兼具极板恒压与输出恒压特性的高阶补偿网络,并分析发射端同侧耦合对系统谐振的影响。理论分析表明,所设计的动态EC-WPT系统兼具变负载和过分段输出电压平稳的特性,同时论证了同侧耦合对系统谐振的影响为感性。实验结果显示,当直流侧负载从100Ω切换到30Ω时,系统输出电压变化率最大为11.58%,变负载电压基本恒定。30Ω负载下系统动态经过供电分段时输出电压跌落最大为2.33%,100Ω负载下系统动态经过供电分段时则为2.06%,过供电分段输出电压基本保持恒定。

基于LCC-S拓扑的WPT系统恒压输出研究

针对无线电能传输系统(Wireless Power Transfer,WPT)在面对负载投切、互感改变时出现输出电压波动较大这一问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的WPT系统。选用了LCC-S补偿网络并建立系统模型,推导出输出电压与移相角之间的关系式,设计了基于移相控制的LADRC控制器,在相同扰动条件下将PI控制器与LADRC控制器进行对比。仿真结果证明,LADRC可以更好地抑制扰动,保证了系统的输出电压恒定,具有良好的控制效果。

一种具有恒流恒压输出自切换特性的电动汽车无线电能传输系统拓扑

电动汽车的无线电能传输系统具有安全可靠、便捷等优点。该文根据电动汽车车载锂电池的充电特性,通过对松散耦合变压器及补偿电路特性的研究,提出一种由一次侧串联二次侧串联(PS-SS)补偿拓扑和一次侧串联二次侧LCL(PS-SLCL)补偿拓扑所组成的无线电能传输电路拓扑。该拓扑随着锂电池负载的变化,其充电模式从恒流模式自动切换到恒压模式,同时在整个充电过程中可以实现逆变器的软开关。该文基于此新型补偿拓扑的输出特性及工作模式,在理论分析的基础上对拓扑参数和变压器模型进行设计。通过构建仿真模型,验证了电路拓扑的恒流与恒压输出特性。最后搭建了一套功率为1kW的样机,通过实验验证了该拓扑的可行性。

IPT系统线性自抗扰恒压输出和最大效率跟踪复合控制方法

为实现感应电能传输(inductivepowertransfer,IPT)系统在负载变化下的恒定电压和高效电能输出,提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的恒压输出和基于阻抗匹配技术的最大效率跟踪的复合控制方法。首先,分析LCC-S型IPT系统的参数与效率、输出功率的关系,通过参数优化设计使最优效率达到最大化;然后,在副边采用基于Buck-Boost电路的阻抗匹配技术以实现最大效率跟踪,同时在原边设计一阶LADRC对输出电压进行闭环控制,并给出控制器参数选取规则,所提复合控制方法保证效率和电压2个控制回路之间的解耦运行;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证。实验结果表明,当负载电阻从满载到轻载变化时,所提系统可以实现恒压输出,整体效率保持在85.7%,与比例积分控制相比,LADRC对负载扰动和参考电压扰动具有更好的输出电压动态调节作用。

二维平面具有抗偏移恒压输出特性的感应式无线充电系统研究

为了降低感应电能传输（inductive power transfer,IPT）充电系统反馈控制的复杂性,增强系统耦合机构抗偏移能力的同时保证系统恒压（constant voltage,CV）输出,该文基于LCC-S与S-LCC拓扑电路特性提出LCC-S与S-LCC混合拓扑电路并分析其抗偏移恒压输出特性;选取double-D quadrature（DDQ）结构线圈作为耦合机构,并提出抗偏移参数设计方法,以实现系统二维平面抗偏移恒压输出。此外,该方法还具有以下明显优点：无需复杂的反馈控制,几乎没有无功输入。最后,该文搭建1k W系统原理样机,在横向和垂向考察抗偏移恒压输出特性。负载在45-120Ω范围内变化时,系统输出电压波动始终介于设定的5%以内,在选定的线圈参数条件下,线圈横向最大偏移50%,而线圈在垂向最多可减小23.33%。实验结果表明该方法有效且可行。

多发射级无线电能传输的恒压输出

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中径向位移对输出电压的影响问题,文中利用等效电路和互感耦合理论,得出线圈位移与输出电压之间的关系,并进一步分析了位移与多发射级无线电能传输的输出电压的关系,得出过耦合时输出电压随径向位移的增加先增大后减小;临界耦合和欠耦合时,输出电压随径向位移的增大逐渐减小,最后在线圈阵列上实现位移的恒压输出。

恒压输出多负载无线电能传输系统分析与设计

为解决谐振式多负载无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统输出的负载敏感性问题,首先基于电路理论,研究恒压输出单负载WPT系统二端口网络在输出特性与负载无关时的电路参数关系,剖析了阻抗匹配网络的工作原理,由此构造出一种级联式负载无关性多负载WPT系统,并对该系统的传输性能作进一步分析。然后,应用有限元分析软件确定DD线圈和屏蔽磁芯的最优尺寸。最终,搭建一台恒压输出四负载WPT系统实验样机,验证了理论的正确性和系统的可行性。所提系统不含补偿电感,无磁饱和现象,阻抗匹配网络体积小,性价比高。

感应耦合电能传输系统动态负载恒压输出研究

针对感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统负载变化时系统输出的稳恒性问题,本文首先分别对电压型与电流型ICPT系统地负载适应能力进行分析,得出电压型ICPT系统比电流型ICPT系统具有更好地负载适应能力和频率稳定性地结论。同时提出了一种新型的功率补给及自循环模式地输出控制方法,该方法从系统能量平衡地关系出发,通过对功率补给模式工作时间与自循环模式工作时间比值地控制实现系统输出恒压。该控制方法从能量角度实现控制,有效地避免了该非线性系统地复杂建模及控制设计过程.利用Matlab/Simulink搭建系统模型,仿真验证了该方法地有效性。

一种恒压输出的DC-DC升压电路设计

针对DC-DC升压器存在效率低,纹波电压较大,输出电压不稳定等问题,文中开发和设计了一种具有恒定输出电压的DC-DC升压转换器的方法。通过升压电路和电压反馈技术,将波动的输入电压变成恒定的直流电压输出。该设计通过将转换器的输出电压与参考电压相比较,两者的差值会产生一个PWM信号控制升压器的通断时间,从而达到恒定电压输出。仿真结果显示,该实验电路能在频率为20 k Hz的连续导通模式中工作,产生24 V的恒定输出电压,输出功率为100 W。

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(kHz)系统中常用的恒压/恒流拓扑设计难以达到其应有效果。首先,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5~20Ω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。

恒压输出MC-WPT系统研究

针对磁耦合无线电能传输(MC-WPT)系统在一些特殊场合的应用场景中同时面临输入电压范围较宽,负载波动和互感变化较大的情况,导致输出电压无法恒定的问题,设计了一种恒压输出MC-WPT系统。选用LCC-S型补偿拓扑,级联了移相全桥逆变器以及Boost变换器作为电压调节电路,建立了系统模型,推导了系统输出电压表达式,设计了闭环控制器,实现了系统的恒定电压输出。仿真和实验验证了所提恒压输出MC-WPT系统设计方案的可行性。

电气节能恒压输出自动控制方法的优化与仿真

传统的电气节能控制方法供电过程中前端反应较慢,易给电气设备造成伤害。为此,提出一种电气节能恒压输出自动控制方法,通过AC-DC开关电源系统的工作模式,对电流的信号反馈情况进行电压实时调控,启动供电系统的频率抖动电路,降低电路的EMI。仿真实验表明,本文设计的方法能够实现对电气节能恒压输出的自动控制,具有广泛的应用性。

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135W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。

电动汽车无线充电系统恒流/恒压输出与抗偏移磁能耦合机构研究

在电动汽车无线充电系统中,负载锂电池的充电过程为先恒流再恒压,因此,无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统需要同时具备实现双输出的能力,且在双输出状态之间进行平稳切换。基于此,分析双边LCC(inductor-capacitor-capacitor)拓扑实现与负载无关的恒流/恒压输出条件,给出参数设计方法。针对系统可能会随机在不同方向上出现位移的情况,采用了双向同轴平面线圈的结构,即原边线圈由内外2个沿相反方向绕制的线圈串联组成。通过仿真和实验验证了本文提出的电动汽车无线充电系统具备同时实现恒流/恒压输出的能力,且在多方向偏移工况下实现稳定输出。

基于频率切换的S/LCL补偿恒流恒压型WPT系统研究

由于传统的插入式系统结构繁杂且频繁插拔容易发生电火花等危险,因此无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统凭借其固有的优势得到了广泛的研究,逐渐融入各种工业应用中.为了确保电池的性能及使用寿命,有效地为电池提供所需的恒定充电电流和恒定充电电压是非常必要的.然而在充电过程中,电池的等效电阻会发生显著变化从而导致系统很难在近似零相位角(zero phase angle,ZPA)运行下同时实现与负载无关的恒流输出和恒压输出.鉴于此,提出1种基于S/LCL补偿的WPT系统,该系统可以在2个固定频率下实现具有ZPA运行的恒流和恒压输出.最后,搭建了1台恒流充电为3 A和恒压充电为80 V的验证性实验样机,验证了所设计的WPT系统的正确性和可行性.

恒压输出LED驱动器和监控器

发光二极管（LED）照明正在快速取代白炽灯成为汽车的标准照明，因为LED能够降低功耗、延长工作寿命和外表美观。但是。还存在许多设计挑战，包括发光屏中局部LED失效问题、限流和柱锁保护问题、降低功耗、控制亮度和降低成本问题。