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FPGA的Boost拓扑恒流输出控制设计

传统的Boost拓扑在输出电压稳定性方面存在着一定的局限性,特别是在负载变化时的响应速度和稳定性方面。为了解决这一问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的Boost拓扑恒流输出控制方法。首先,对Boost的拓扑结构和工作原理进行了详细分析,以揭示其控制需求和挑战。其次,利用FPGA实时采集输入电压、输出电压和输出电流等参数,并通过比较器比较计算出反馈信号,实现了对Boost拓扑输出电流的闭环控制。最后,通过实验验证了所提出方法的有效性和性能优势。实验结果表明,基于FPGA的恒流输出控制方法具有较好的动态响应特性和稳定性能,在应对负载变化时能够快速调节输出电流,实现了高效稳定的电源输出。该研究对于提高Boost拓扑电路的控制性能,促进电力电子领域的技术进步具有重要意义。

并联混合拓扑的抗偏移恒流输出无线充电系统

为了抑制耦合线圈偏移导致系统输出电流的波动,设计基于参数优化的LCC-S并联混合型抗偏移恒流无线充电系统。首先建立LCC-S混合补偿拓扑的电路模型,总结分析系统输出电流与耦合线圈间互感和负载的关系。利用DDQ(double-D quadrature)线圈结构解耦特性,消除混合型电路的交叉互感。其次提出混合电路参数优化设计方法,实现系统最大偏移范围内稳定输出。实验结果表明,在耦合线圈的0%~50%的偏移范围内,接收端可实现变负载条件下10 A恒流输出,且电流变化率均不超过5%。

抗偏移混合拓扑恒流无线充电系统研究

针对电动汽车无线充电系统因偏移导致充电效率降低的实际问题,提出一种新型强抗偏移的恒流无线充电系统。首先,在磁耦合设计上,引入DDQD大解耦线圈有效减缓X、Y两方向偏移耦合系数衰减,通过与DDQ线圈的对比体现所提出的DDQD线圈在抗偏移方面的优越性。然后,在补偿拓扑设计上,通过DDQD线圈将随耦合系数呈不同变化趋势的LCC拓扑和LC拓扑进行串联,使输出功率变化平缓,进一步提高了系统的抗偏移能力,并且使系统具有恒流输出特性。最后,通过仿真实验验证了该方案的有效性,在磁耦合机构发生偏移时,减缓了无线充电系统的线圈耦合系数和传输效率的下降程度,具有一定的现实意义。

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.

基于GaN的恒流型无线电能传输电路设计

为提升无线电能传输(WPT)系统的效率,利用氮化镓(GaN)器件比传统硅(Si)器件开关损耗低的优势,提出了基于GaN器件的LCL-LCC型感应耦合式电能传输(ICPT)系统与负载无关的恒流输出电路设计方法。首先对LCL-LCC补偿电路建立互感模型,推导出系统零相位角(ZPA)运行和与负载无关的恒流输出条件,提出了优化初级补偿电感的参数配置方法及设计流程。通过微调副边补偿电容值,逆变桥能实现零电压开关(ZVS)。最后,搭建实验平台验证理论电路设计的可行性。实验结果表明,对于不同负载,基于GaN器件的系统效率明显高于Si器件。

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。

基于双D形正交混合拓扑的感应电能传输系统恒流输出研究

为提高电动汽车无线充电在变负载条件下的线圈抗偏移能力,提出一种基于双D形正交(double-Dquadrature,DDQ)混合拓扑的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统参数配置及优化方法。结合DDQ线圈的自解耦特性,分别采用一次侧与二次侧对称的LCL谐振网络、LC串联谐振网络,构成系统的双能量传输通道;进一步通过配置相应的电感与电容值,使两通道的输出电流均与负载无关,而分别与线圈互感成正比与反比关系,基于电流叠加方式达到变负载条件下恒流输出的目的。在此基础上,分析恒流输出下的DDQ线圈互感变化规律,并通过优化参数Lt1与Lt2,使IPT系统可允许的拾取偏移最大。仿真与实验结果表明,在所容许0%~49.3%的互感变化范围内,二次侧输出电流在变负载条件下均具有不超过±5%的稳流效果。

基于漏感补偿的可变恒流输出补偿网络参数确定方法及其特性分析

基于变压器T网络模型中等效参数的多解性和漏感补偿原理,提出对给定的磁耦合系统通过补偿参数设计使WPT系统实现可变恒流输出的新思路。利用电路理论分析不同等效电压比n下使WPT系统获得不同的转移导纳的机理和参数确定方法。同时对考虑磁耦合系统线圈电阻影响的补偿参数确定方法及其频率偏移特性进行了理论建模及分析,指出当等效电压比n减小时,其参数敏感度均会降低,有助于提高WPT系统的负载调整率。最后构建了WPT的实验平台,实验结果证明了理论分析的正确性。

基于组合补偿网络的抗偏移恒流输出无线电能传输系统研究

针对无线电能传输(WPT)系统线圈相对位置偏移引起传输效率降低、输出电流不稳定和发射线圈过电流问题,提出一种抗偏移恒流输出型WPT系统及其参数配置方法。该系统将LCC-LCC和串联-串联(S-S)补偿网络进行输入串联和输出串联,并采用QDQPs磁耦合结构。在此基础上,通过合理的参数配置,不仅实现了与负载无关的恒流输出,而且可以实现抗x方向、y方向、z方向以及xy方向线圈同时偏移的性能,还可以避免发射线圈过电流。该文分析所提系统的传输特性,从理论上证明了系统具有良好的抗偏移性能。最后,搭建了一个280W实验平台,验证了理论分析的正确性和可行性。

一种高速恒流输出驱动电路的设计

提出了一种新型的恒流输出驱动电路,该电路保持了传统电路的低负载电压调整率,同时,采用瞬间增强运放驱动的方式,提升了电路的开启速度。基于0.25μm BCD工艺,完成HSPICE仿真。结果表明,电路的负载电压调整率近似为0;输出电流为30mA时,电路的开启时间仅为10.3ns;在不同输出电流下,电路开启时间的差异较小。该电路可应用于开关电源、手机充电器及LED显示屏等电路芯片中。

快速启动双反馈环路LED恒流输出通道设计

为了解决LED恒流驱动输出电流不稳的问题,提出采用双反馈环路的通道结构。在此基础上,设计了采用分段模式的快速启动电路,可极大地提升通道的开启速度。基于0.25μmBCD工艺,完成HSPICE仿真。结果显示,该系统的外环路增益为83dB,相位裕度为80o,通道间电流互不影响。当电流在5～45mA范围内变化时,快速启动电路正常工作,通道的开启时间仅为4ns,开启速度较传统结构有显著提升。该输出通道已成功应用于LED恒流驱动中。

恒流输出反激变换器分析

在分析恒流输出反激变换器基本工作原理的基础上,根据恒压输出反激变换器的稳态关系推导出恒流输出反激变换的稳态关系。定义了连续度的概念,以便于分析变换器不同工作模式。分析了恒流输出反激变换器的输入电压和负载电阻对连续度、占空比和峰值初级电感电流的影响,得出连续度、占空比和峰值初级电感电流随输入电压和负载电阻变化的规律。设计了一台恒流输出反激变换器,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

变频控制LLC谐振恒流变换器研究

为探索LED(Light Emitting Diode)驱动的方法,以期提高LED输出亮度的稳定性,针对其控制恒流输出的问题提出了变频控制的LLC谐振变换器。设计的LLC半桥型谐振变换器具有开关工作频率高、掉电保持、允许输入电压范围宽、效率高、重量轻、体积小、 Electromagnetic Interference噪声小和开关应力小等优点,所以其是LED恒流输出很好的拓扑选择。采用变频控制方法,结合Power Simulation软件进行了仿真分析,仿真结果表明,变频控制的LLC谐振变换器具有良好的稳态性能和瞬态性能,对工程应用具有实际意义。

WEDM脉冲电源恒流输出双管正激交错DC／DC变换器设计

WEDM用脉冲电源的作用是把工频交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流，供给电极放电间隙所需要的能量以蚀除金属。本文提出的电流型电火花线切割加工电源前级电路恒流输出DE／DC变换器，其电路拓扑采用双管正激交错并联结构，故称为恒流输出双管正激交错并联DC／DC变换器。

恒流输出模式下LCC谐振变换器的特性与设计

LCC谐振变换器具有良好的恒流特性,是中大功率LED照明灯具较理想的驱动电源。依据LCC谐振变换器在并联谐振电容容量远小于串联谐振电容时,变压器初级绕组端电压仍可近似为方波的特征,采用了基于一次谐波分析法(FHA)获取电流增益曲线。根据电流增益曲线的特征提出了最佳工作区域选择策略,详细给出了LCC谐振腔、变压器参数的计算方法,接着借助一台输入电压为395 V、输出电流为2 A、输出电压为16～48 V的样机验证了设计思路的正确性。

一种高速高精度恒流输出驱动电路设计

设计了一种高速高精度恒流输出驱动电路.该电路通过消除反馈环路失配和增加输出阻抗的方式提高驱动电路输出电流的精度;同时通过减小功率晶体管过驱电压的方式加快输出电流的开启速度.该恒流输出驱动电路基于0.18μm BCD工艺设计,版图面积约为0.1 mm^2.通过芯片测试,该恒流输出驱动电路的输出电流为60 mA时,负载电压在0.3~4.5 V范围内输出电流精度为±0.16%;输出电流为120 mA时,负载电压在0.55V^4.5V范围内输出电流精度为±0.12%.输出电流为120 mA时,输出电流开启时间为20 ns.

恒压或恒流输出应用的高稳定性AC-DC控制器

提出了一种高稳定性交流一直流(AC-DC)控制器的设计方法。控制器驱动外部NPN晶体管的射极,并与变压器串联构成反激式的拓扑。根据不同负载条件,电压转换系统工作在PWM或PSM模式,并自动切换工作模式,以满足宽负载条件下高效率电能转换的要求。为了保持电路能稳定工作,系统引入了斜坡补偿。芯片采用TSMC公司的0.6μm高压CMOS混合信号模型进行设计。结果表明,控制器芯片能在两种模式下稳定工作,并可实现5.0 V的恒压输出以及1.0 A的恒流输出。

单管多重并联恒流恒压无线充电实验平台设计

采用全桥逆变电路的无线电能传输(wirelesspowertransfer,WPT)系统存在直通问题,采用单管逆变电路的WPT功率有限。该文提出一种基于单管多重并联结构的恒流恒压WPT方案,并搭建实验平台验证其有效性。首先,使用S-LCL/S补偿网络实现恒流恒压输出,并通过Saber仿真系统搭建了单管多重并联恒流恒压无线充电系统模型;然后,使用Maxwell有限元法对磁耦合器进行仿真设计,并借助仿真结果搭建实验平台,验证方案的正确性。该实验平台包括多种硬件和软件,可以加深学生对电力电子知识的理解,提高学生的科研实践能力。

恒压／恒流输出式单片开关电源的设计原理（单片开关电源技术讲座之五）

单片开关电源是国际上90年代才开始流行的新型开关电源芯片，本文阐述恒压／恒流输出式的设计原理。