考虑整流性负载特性的LCC-S型无线电能传输系统优化设计

无线电能传输系统中的整流性负载具有非线性特征,而对系统传输特性分析和谐振参数设计时常采用基波分析法,将整流性负载等效为纯电阻,导致理论分析与实际存在一定偏差、系统偏离谐振状态。针对该问题,以LCC-S型无线电能传输系统为研究对象,考虑谐波以及整流性负载的非线性,对系统传输特性进行分析,进而提出基于整流性负载补偿的负载阻抗和接收端串联谐振电容参数的计算方法,并对逆变电路开关特性进行分析验证。所提接收端谐振参数设计方法能够使系统接收端回路谐振,提高系统的输出功率;降低逆变电路开关管的关断电流,提升系统的传输效率。搭建了一套2.5 kW的LCC-S型无线电能传输实验平台,验证了理论分析与所提参数设计方法的有效性和正确性。

Performance Analysis of PI and Fuzzy Control for Modified LCC Resonant Converter Incorporating Boost Converter

In this paper, the modified LCC type of series-parallel Resonant Converter (RC) was designed and state-space modeling analysis was implemented. In this proposed converter, one leg of full bridge diode rectifier is replaced with Synchronous Rectifier (SR) switches. The proposed LCC converter is controlled using frequency modulation in the nominal state. During hold-up time, the SRswitches control is changed from in-phase to phase-shifted gate signal to obtain high DC voltage conversion ratio. Furthermore, the closed loop PI and fuzzy provide control on the output side without decreasing the switching frequency. The parameter such as conduction loss on primary and secondary side, switching loss, core and copper also reduced. Simultaneously, the efficiency is increased about 94.79 is realized by this scheme. The proposed converter with an input of 40 V is built to produce an output of 235 V with the help of ZVS boost converter [1] even under line and load disturbances. As a comparison, the closed loop fuzzy controller performance is feasible and less sensitive than PI controller.

电动汽车无线充电系统双LCC型补偿拓扑研究

为了提高无线电能传输(WPT)系统的传输效率,通常在原、副边添加谐振补偿拓扑。目前研究的谐振补偿拓扑包括SS型、双LCL型和双LCC型。对双LCC型补偿拓扑进行分析,并通过MATLAB软件对其进行仿真,分别研究不同负载、互感和角频率下系统的输入功率、输出功率、传输效率。研究结果表明该补偿拓扑的传输特性良好。

基于LCC-S补偿式谐振拓扑的锂电池WPT系统研究

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统具有安全、可靠、方便等优点。文章在分析WPT系统锂离子电池内阻及其典型充电方式的基础上,通过对WPT原理和谐振拓扑结构的研究,提出了基于LCC-S补偿式谐振拓扑的WPT系统。在电池等效负载变化的情况下,通过合理的参数设计,LCC-S补偿式谐振拓扑结构可以分别实现与负载无关的恒流模式和恒压模式,无需切换拓扑结构。在理论分析的基础上,设计了系统的参数,并通过MATLAB仿真系统搭建仿真模型,验证了研究中的恒流模式和恒压模式。

基于ADRC的LCC-S谐振型无线充电副边闭环控制研究

针对磁耦合谐振式LCC-S无线充电系统工作过程中易受外界或自身参数扰动的影响导致输出电流、电压偏离目标值的问题,以及如何快速准确地对扰动情况做出反应,提出一种基于自抗扰控制ADRC(active disturbance rejection control)的副边恒流恒压二段式闭环控制方法。首先,通过电路分析研究了LCC-S型谐振网络的输出特性与系统参数的关系;其次,为实现闭环精准调控系统输出,建立副边Buck变换器的状态方程模型,并根据模型设计ADRC中跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈;最后,搭建基于ADRC的无线充电实验平台,在多参数扰动下比较ADRC控制器与PI控制器的控制效果,结果表明,ADRC控制器表现出更好的动态调节能力。

LCC-P型谐振式无线传能电路设计

设计LCC型磁耦合谐振式无线电能传输(Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer,MCRWPT)电路,通过研究不同谐振补偿网络的拓扑参数,并分析其对于传输效率的影响,为耦合线圈和硬件电路的设计提供理论依据,对发射端和接收端的硬件电路进行设计。同时,通过电子电路仿真软件PSIM对各个系统进行仿真分析,完成硬件电路的制作,在实验室环境下进行电路实验,验证系统的可行性。

高压直流LCC谐振变换器的分析与设计

设计了一种基于LCC串并联谐振电路的高压直流电源。通过对LCC谐振电路的详细分析 ,绘出了电路工作于主模式的状态轨迹图 ,并推导了其稳态时的解析表达式 ,根据此解析表达式画出了LCC谐振电路的负载曲线 ,为LCC谐振电路的参数设计提供了一种有效的设计方法。最后 ,根据此曲线设计了实验参数 ,给出了实验结果。

基于LCC的磁谐振无线电能传输发射端补偿技术

为实现磁耦合谐振式无线电能传输系统最大化功率传输,提升整机效率,提出了一种基于LCC三阶补偿网络结构的保持发射端线圈电流恒定的方法,此方法不受接收端反射阻抗影响,实现了电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统发射端与接收端解耦设计。同时,提出了LCC补偿网络的数学模型及其参数设计方法。在不增加元件的情况下,采用LCC网络的输入基波电流补偿LCC网络的输入高次谐波电流的方法,在功率管关断瞬间,降低通过功率管的电流瞬时值,实现了高频逆变器的零电流关断,减小了功率管的开关损耗和开关应力,提高了ICPT系统的整体效率。最后,对所提方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果验证了所提模型和参数设计方法的正确性和可行性。

电除尘高压电源LCC变换器电流断续模式分析

为了克服串联谐振、并联谐振及LCC串并联谐振连续模式应用于高压大功率静电除尘电源方面的不足,采用LCC串并联电流断续模式进行设计。基于断续电流模式下的电路模型,采用时域状态法对串并联谐振变换器工作方式进行分析和数学描述,推导得出了变换器特性解析表达式,探讨了串并联电容比值对变换器输出电压的影响,深入研究了电流断续电流模式下变换器的电压增益以及效率特性。结果表明:电流断续工作模式实现了开关管的全时零电流开通及零电流/零电压关断;增加串并联电容的比值m,可以增大输出电压,但会降低效率;在一定的范围内增大开关频率可增大电压基准增益进而提高效率。仿真及样机实验表明:所做理论分析正确,将采用电流断续工作模式的LCC变换器在应用于电除尘高压大功率电源可行。

LCC谐振充电IGBT开关Marx发生器

为满足Marx发生器的充放电脉冲工作要求,提出采用恒导通时间-恒频率控制策略的LCC串并联谐振变换器作为IGBT开关Marx发生器的充电电源。利用Pspice软件和等效模型模态方法对断续模式工作的LCC变换器实现软开关的原理进行分析,给出设计原则。仿真结果表明变换器能够以较高效率满足Marx发生器从短路到开路的宽范围变动工作特性的充电要求,实现高达1kHz重复频率变频变脉宽稳定运行。所提出的方法为研发制造紧凑型一体化高重复频率Marx发生器式功率脉冲电源开辟了一条新路。

高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计

具有电容型滤波器的LCC谐振变换器十分适用于高压大功率场合,由于具有三个谐振元件,变换器在工作中呈现出多谐振的过程,使得分析与设计繁琐复杂。本文分析了其工作原理,采用基波近似法得到了该变换器的等效交流电路,在此基础上推导了它的数学模型,提出了一种详尽的设计方法,该方法简单、直观并且准确,可以保证所有开关管在全负载范围内实现零电压开关,减小电流应力、轻载环流和开关频率的变化范围。通过一台输入100V,输出16.5kV/230mA,采用变频控制的样机验证了设计的正确性。

LC串联谐振和LCC串并联谐振在高压脉冲电容充电电源中的应用比较

为得到更适合高压脉冲电容充电电源的电路拓扑,对LC串联谐振和LCC串并联谐振充电电源的应用电路特性进行了比较。利用Matlab分别对LC串联谐振和LCC串并联谐振脉冲电容充电电路进行了仿真分析,通过3kW电源样机对600μF/15kV负载电容进行了充电实验,给出了LCC串并联谐振实验波形,与仿真结果一致。实验结果说明实际LC串联谐振电路由于分布电容的影响变为LCC串并联谐振,并根据附加并联电容对电路分布电容的大小进行了间接测量,LCC串并联谐振所需供电电源功率较小、电流峰值较低、充电精度较高,因而更具优越性。

自持移相LCC谐振变换器稳态分析及参数设计

采用单电容滤波器的自持移相LCC谐振变换器能够在全负载范围内实现软开关,但非线性特性显著,增加了分析与设计难度。基于改进基波近似法将高频变压器、副边整流器及输出滤波电容作为一个整体等效为一个复数阻抗的形式,建立了自持移相LCC谐振变换器的等效电路模型。分析了电压增益、谐振电流峰值、软开关区域等稳态特性。指出了输入阻抗角、副边整流关断角和谐振电容比等关键电路参数对变换器稳态特性的影响以及设计原则,并提出一种限定输入阻抗角的参数设计方法。实验结果验证了理论分析及参数设计的正确性。

基于高频高压电除尘用LCC谐振电源特性的网侧整流方式比较

高频电除尘电源系统由网侧整流器和高压电源组成。高压电源采用LCC谐振变换器,其工作于双脉冲模式时更利于控制,基于该模式下电路模型,详细推导了各时间段解析表达式,确定了输出限制条件。通过建立功率平衡方程并定义电压传输系数、等效负载系数及频率系数建立三者间数学关系并绘出相应关系曲线作为后级参数设计依据。深入分析后级工作特性并证明在临界频率下调节母线电压的调压特性比断续模式下调频调压的更好,高压侧输出电压在最大值以下调节时谐振电流峰值大幅减小。为对比不同整流设备与后级特性匹配的差异并解决目前高频电除尘电源系统因普遍采用三相二极管整流器作为前级而给电网带来的谐波注入问题,分别设计了近正弦输入电流整流器及PWM整流器作为入网设备,用Saber仿真软件对2个具有相同额定输出功率、电压的整机系统特性进行对比分析,结果验证了特性分析的正确性并证明PWM整流器因其直流母线电压可控且可调从而能更佳地匹配电除尘电源系统后级工作特性。

基于LCC谐振的恒频移相高频链逆变器研究

本文将移相控制、LCC谐振电路与SPWM控制技术有机结合,提出了一种单相软开关高频链逆变电路拓扑,它主要由单极性移相控制逆变器、LCC谐振电路、高频变压器、周波变流器和低通滤波器组成。在深入分析了它的工作原理、控制方法及电流连续条件下的工作模式基础上,针对阻性负载进行了开环实验,实验结果证明了该电路拓扑的正确性和可行性。

PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器研究

输入电压和负载宽范围变化时,变频控制LCC谐振变换器的开关频率变化范围宽,而移相控制LCC谐振变换器难以实现宽范围零电压关断（zero voltage switching,ZVS）。为了在较窄开关频率范围内实现LCC谐振变换器的宽范围软开关,该文提出一种脉宽-脉频调制（pulse width modulation-pulse frequency modulation,PWM-PFM）混合控制LCC变换器。通过同时调整LCC变换器原边开关管的导通角与开关频率,在宽输入电压和宽负载变化范围内,提出的PWM-PFM混合控制LCC变换器能在稳压输出的同时保持变换器ZVS软开关工作。此外,PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器的开关频率范围较窄,简化了变换器磁性元件的设计。以工作在电容电压连续模式（continuous capacitor voltage mode,CCVM）的LCC谐振变换器为例,利用基波近似法,分析PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器的工作原理和控制特性,对谐振元件和控制参数进行设计。最后,通过一台100-200V输入、48V/500W输出的实验样机验证了理论分析的正确性。

LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计

为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源,将LCC串并联谐振变换器用作高压脉冲发生器的充电电源。分析了LCC串并联谐振变换器在电流断续模式下的工作模态,给出了逆变器的参数设计原则。用PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析和实验分析,并验证了设计思想的正确性。

采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统

为实现感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载及气隙变化时的输出电压和工作频率恒定,提出了一种采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统。首先,在基波条件下,依据变压器漏感模型建立系统等效电路,得到了输出电压增益与输入阻抗的表达式;然后,通过系统参数优化设计,推导出了动态负载下系统恒压供电和谐振工作频率稳定的条件。另外,当气隙变化时,利用动态调谐技术重新补偿耦合电感,可使得输出电压和工作频率在气隙变化前后保持不变。系统特性分析表明,所提出的CCL/LCC复合谐振网络电流型ICPT系统,在负载和气隙变化时可以保证输出电压和工作频率稳定。最后,实验验证了理论分析的正确性和有效性。

LCC谐振变换器电流输出特性研究与软开关实现

高压充电变换器是电磁发射脉冲成型单元的重要组成部分,为储能电容提供高质量能源。为满足脉冲成型单元对充电速度、线性度和电压重频稳定度要求,对电流断续模式下LCC谐振变换器电流输出特性和软开关进行研究。提出基于数字控制器的脉冲电容储能方案,该方案利用双脉冲模式下的恒流输出特性实现快速线性充电;利用单脉冲模式下的涓流输出特性实现恒压充电,提高电容电压的重复稳定度。采用新的调宽调频控制算法,在全电压增益范围内,利用分段线性函数拟合法对临界断续开关频率进行在线跟踪,最大程度地提升变换器断续模式下的电流输出能力,获得近似恒流特性;提升充电速度的同时,实现全程软开关。通过变换等效电压增益,由恒流充电切入涓流充电,依靠电压闭环获得恒压输出。实验数据验证了控制算法的可行性。

恒频移相LCC谐振变换器的设计

采用交流法对移相式LCC谐振变换器进行了稳态分析,用MATLAB软件绘制了电压转换比M与ωs/ωr、Cp/Cs、品质因数Q及移相角θ之间的关系曲线,并利用PSIM软件对变换器进行了仿真。仿真和实验结果表明,开关器件零电压开通,可减少开关损耗,有利于提高效率。