基于LCC/N补偿拓扑的无线恒定电流充电技术研究

无线充电系统需要满足与负载无关的恒定输出电流和零相位角充电过程,来实现高传输效率。现有的恒流充电型系统存在输出电流受松耦合变压器参数的限制、接收侧体积大、开发成本高等问题。提出了一种LCC/N补偿拓扑无线充电系统及其相应的参数调整方法,在ZPA运行下实现恒定电流充电。由于接收侧不需要补偿元件,因此保证了WPT系统实现恒定电流充电模式的前提下,还满足了接收侧的紧凑性和轻便性,节省了生产成本。

基于LCC/N磁集成补偿网络的强耦合无线充电系统研究

针对无线充电系统在接收端电路复杂和发射端补偿电感占据体积较大的问题,本文中提出了在近距离条件下采用LCC/N磁集成补偿网络的强耦合无线充电系统。LCC/N磁集成拓扑兼备了接收端无补偿和发射端补偿电感磁集成的优点,使得无线充电系统更加紧凑,并可以改善系统的偏移性能。首先考虑LCC/N磁集成拓扑与接收线圈交叉耦合的关系对WCS系统进行建模。然后分析了在不同负载和偏移的工况下采用LCC/N磁集成拓扑系统的输出功率、传输效率和软开关等特性。最后,搭建了500 W的实验样机对上述的分析结果进行了验证。结果表明,在线圈沿y方向偏移时,应用LCC/N磁集成拓扑的输出功率高于应用传统非磁集成拓扑的输出功率,改善了偏移性能;另外,采用LCC/N磁集成拓扑还可通过调节原边非谐振补偿电容实现输出功率的调节,在正对齐和偏移的条件下最高效率分别达到了94.5%和95.8%。

LCC谐振式高升压比超声波换能器驱动

针对传统换能器驱动电路带换能器负载和不带负载时压差过大的问题,提出了一种新的换能器驱动电源。在分析和推导补偿拓扑的基础上,使用LCC补偿网络的输出与负载无关特性和后级电路谐振匹配网络设计使带空载时阻抗角接近0°,实现高升压比和低压差。通过对一款40 kHz的换能器进行仿真和实验验证了方案的可行性,在高升压比的情况下,使换能器的压差降低至90 V,达到了减少压差的效果。

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。

基于抗偏移特性的电动汽车双拓扑补偿网络研究

针对无线电能传输系统中耦合机构易偏移导致系统输出电流变化的问题,研究具有抗偏移特性的电动汽车双拓扑无线电能传输系统。首先,通过对双边LCC补偿网络拓扑的分析,探讨了谐振频率、输出功率、传输效率等之间的关系,并讨论了系统在错位工况下的建模分析及相应解决方案。结果显示,S-S拓扑在错位情况下功率变化较大,而LCC-S和LCC-LCC在水平错位范围内,功率变化系数(PVF)值较稳定。S-S拓扑在零错位时传输效率最高,但随着错位增大效率会急剧下降;LCC-S和LCC-LCC在小错位情况下效率较高,但在失谐状态下传输效率受影响较大。综合来看,虽然LCC-LCC拓扑的传输效率较低,但在错位情况下波动较小,适合动态无线充电场景。

一种双边LCC补偿无线电能传输变换器谐振网络设计方法

针对双边LCC补偿方式的无线电能传输变换器,提出了一种谐振网络设计方法:基于抑制谐波电流、压缩磁元件体积以及在最大传输距离与最大横向偏移状态传输功率可接近额定功率的考虑,依据额定传输功率、开关频率等约束条件,确定谐振网络全部元件(包括松耦合变压器)的电参数。在此基础上提出了一种相应的带磁芯平面螺旋线圈松耦合变压器尺寸设计方案:依据松耦合变压器处于最大传输距离、最大横向偏移状态时的互感值,从理论上估算出其尺寸范围,再以少量有限元仿真搜索到其最佳尺寸。设计并制作了一台额定输出功率为4.5 kW的样机,验证了所提设计方法的正确性。

基于双边LCC谐振网络的功率可调无线充电系统设计

针对小功率无线充电系统功率不可调的问题,提出了一种基于双边LCC谐振补偿网络的功率可调充电方案,建立了无线充电系统等效模型,分析控制常量对系统输出功率以及传输效率的影响。设计了无线充电实验系统,通过实验改变控制常量,对负载和输出功率以及传输效率分析。实验结果表明:通过调整控制常量,对3~15Ω负载,输出功率均可以实现3~10 W可调,且系统最大传输效率为88%,能够实现无线充电系统功率可调的目的。

电能无线传输系统双边LCC型补偿网络特性研究

针对传统无线输电基本补偿网络难以兼具恒流、恒压输出及阻抗角为零特性和复合拓扑控制相对困难的问题,对一种新型双边LCC补偿网络进行深入研究,提出了一种通过建立系统参数矩阵方程,分析输出电流、输出电压与输入电压的关系的方法,探究系统恒流、恒压输出的条件,得到无线电能传输系统在恒流、恒压模式下的谐振频率。通过Simulink仿真软件对谐振式双边LCC补偿网络拓扑的WPT系统进行仿真。结果表明,双边LCC补偿网络在参数一定、频率不同的情况下同时具备恒流、恒压的输出特性,且在两种模式下均可实现ZPA,传输效率可达95%以上。

基于多线圈阵列的单管无线电能传输电路优化

针对多线圈的单管无线电能传输系统提出一种P#型LCC-S补偿网络和输入电流纹波抑制方法,以改善输入电流波形、降低输入电流THD及纹波,从而提高系统效率。该文首先分析P^(#)型LCC-S补偿网络的工作模态和波形,同时给出P^(#)型LCC-S补偿网络参数的计算方法;其次推导了三线圈在非均衡耦合情况下输入电流与输入电压、线圈互感、负载阻抗等参数间的解析关系,利用傅里叶变换分析了输入电流的构成,并对交流分量进行移相抑制;最后搭建实验平台并进行相关实验验证。实验结果表明,在额定传输功率下,纹波抑制后系统效率最高达88.2%,验证了该方案的有效性。

基于变结构补偿网络的WPT恒流/恒压充电系统

针对电动汽车充电无线电能传输(WPT)系统的网络补偿技术,研究了一种LCC-LCC/S型变结构补偿网络。通过开关控制,能够将松耦合变压器的原/副边补偿网络由恒流源-恒流源特性,切换为恒流源-恒压源特性,从而实现变化负载工况下的恒流或恒压输出,用以满足动力电池的充电需求。针对变结构切换过程中硬开关能量冲击导致的高电压应力问题,本文提出了根据电流极性切换开关的控制策略,进一步优化了开关切换时序,实现模式切换的平滑过渡。最后搭建一个1 kW等级的实验样机,输入为400 V稳压源、输出为模拟电池假负载;利用定宽定频控制实现了10 A恒流输出及105 V恒压输出,在负载变化扰动下的稳态输出波动较小,且实现了逆变器的零电压开通。通过模式切换暂态冲击实验验证了本文所提方案的合理性。

电动汽车动态无线充电系统集成线圈设计与实验研究

高效性和紧凑性是电动汽车无线充电的两个重要指标,双端LCC补偿网络为无线充电系统提供了一种高效补偿方式,但两个谐振电感导致系统体积和电磁干扰增大,限制了该方法在动态无线充电系统中的使用。为解决该问题,本文提出一种新型集成式电磁耦合机构,将谐振线圈集成到主线圈上,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,给出可提供系统高效率的耦合线圈的标准化设计与优化过程。本文在4. 8kW动态无线充电实验平台上,对比分析非集成式动态无线充电系统和集成式动态无线充电系统,验证了新型集成式耦合机构在效率、体积、磁场屏蔽方面具有更大优势。

电动汽车无线充电系统的设计与仿真

介绍了电动汽车无线充电系统的架构,分析了系统的基本原理,控制方法,谐振补偿结构,线圈设计。对比分析了常用的SS补偿结构和新型的LCC补偿结构,指出SS补偿结构不易控制和大功率效率低的缺点和LCC补偿结构具有一次侧恒流和原副边单位功率因数等特点,LCC补偿结构更加符合电动汽车无线充电技术的要求。文中采用LCC补偿结构,同时对电动汽车无线充电系统中的线圈进行设计,摒弃其他因素重点分析铁氧体的厚度与矩形线圈的长宽比对耦合系数的影响并针对电动汽车停车错位的实际情况,对双D矩形线圈进行优化设计,并给出仿真结果。

基于平面正交发射线圈的全向无线电能传输系统分析

传统无线电能传输技术的能量传输定向性较高,限制了其在某些应用方面的进一步拓展。设计了一种基于平面正交发射线圈结构的全向无线能量传输系统,发射线圈和接收线圈均采用LCC谐振补偿。搭建了系统的等效电路模型,研究了系统耦合特性,系统的平面正交发射线圈电流近似有效值相等和相位差为90°,用于实现全向无线电能的传输。优化了部分电容参数,所有开关管均实现了零电压开关电路。搭建了试验平台,通过测试接收线圈在不同位置时的发射线圈电流和负载输出电压,验证了理论结果预期。

农用无人机无线充电系统设计

针对农用植保型无人机作业面积小、滞空时间短的问题,设计了一种基于DSP控制的基站式农用无人机无线充电系统。该系统采用LCC补偿网络,利用磁共振功率传输技术,通过ZigBee模块进行PC机与主控电路的信息交互,实现了农用无人机与基站之间安全、稳定的无线电能传输,输出功率可达到212 W,最大充电效率达到84%。

一种面向智能巡检机器人的无线充电系统参数设计与控制

面向智能巡检机器人,设计了一个最大传输功率为1.2 kW的无线充电系统样机。该样机基于双边LCC补偿网络和一个较大传能气隙的松磁耦合结构。首先通过详细的数学建模分析了系统的输入输出特性,给出了移相调节电池充电电流的控制方法,然后给出了系统元件参数的详细设计过程,最后搭建了实验样机模型,通过实验验证了样机的可行性和控制策略的有效性。此外,在样机的整个运行过程中,系统运行效率最高可达91.11%。