一种抗宽范围耦合系数波动的三元件补偿型感应式能量传输系统

常规LCL型感应式能量传输系统具有电压增益独立于负载的特性,在耦合系数波动小而负载范围较宽的无线能量传输场合应用较广。然而其输出特性受耦合系数影响很大,不适用于动态能量传输场合。在LCL型补偿拓扑的基础上,通过改造其输出特性,提出一种适用于动态感应式能量传输场合的改进型拓扑,以适应大范围耦合系数的变化。从平滑输出电压增益的角度出发,定量分析电压增益和输出阻抗角与耦合系数和无源元件参数的关系。通过对LCL型谐振腔增加一阶自由度,构造了三元件补偿的LCC型拓扑,实现了耦合系数大范围波动情况下输出功率近似恒定。与常规拓扑相比,该补偿拓扑对耦合系数的敏感性大大降低。最后,设计一台原理样机,传输功率在耦合系数大范围波动下保持平稳,相比常规拓扑,使得输出特性关于耦合系数的敏感性大大降低。验证了设计方法的有效性。

LCL型感应式能量传输系统的时域特性分析

LCL型补偿的感应式能量传输拓扑由于其输出特性对负载变化不敏感的优点,在耦合系数波动小而负载范围较宽的无线能量传输场合应用较广。但由于系统中主要波形的高次谐波成分的存在,导致按常规基波近似法分析的误差较大,影响了参数设计的可靠性。为此该文考虑高次谐波的影响,针对变换器的时域特性进行研究。对高次谐波作用下的谐振腔进行简化,建立不同阶次谐波的统一阻抗解析表达式。在此基础上求解谐振腔稳态时域波形。结合稳态时域分析,可以详细指导谐振腔参数设计,保证移相控制下全负载段的零电压开通条件以及较高的功率因数。最后,设计一台300 W的LCL型变换器样机,谐振腔稳态时域波形与分结果吻合良好,验证了所提出的时域分析方法的正确性。

具有抗偏移特性的IPT与CPT结合的WPT系统

目前无线电能传输(WPT)技术正在迅速发展,并广泛运用于各种电子设备。由于耦合结构的偏移会导致系统输出发生较大的变化,为扩宽WPT技术的应用范围,高抗偏移性是WPT技术不可缺少的特性。为完善WPT技术的抗偏移特性,这里提出了一种基于感应式能量传输(IPT)技术与电容式能量传输(CPT)技术的串联系统,通过优化系统结构,利用IPT技术和CPT技术在耦合结构偏移时输出功率不同的变化趋势,将两者互补使得系统实现高抗偏移特性。最后,设计并实现了输出功率600 W,系统整体效率为89.2%的WPT系统,验证了该设计策略的可行性。