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。

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。

基于LCL-LC/LCL混合补偿的多电动汽车恒流恒压无线充电系统特性分析

针对电动汽车无线充电等效负载变化导致的输出电压、电流不稳定问题,设计了一种原边LCL、副边串联或LCL型(LCL-LC/LCL)的混合补偿拓扑电路。该混合补偿电路通过开关切换副边补偿拓扑实现恒流或者恒压输出,同时可保证单位功率因数输入。首先,推导了T型补偿电路实现恒流或者恒压输出以及单位功率因数输入的工作条件;然后,建立多电动汽车恒流恒压混合补偿等效电路模型,给出了混合补偿拓扑实现方式及参数配置方法,并对混合补偿拓扑进行了改进,减少了开关数量;通过推导不同输出模式下系统传输效率数学模型以及负载特性,分析了效率、电流电压增益与负载电阻的关系。实验表明,不同负载之间可以独立工作并且能够实现变负载情况下的恒流或者恒压输出。

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。

双边LCL无线供电系统恒流参数设计及特性研究

双边LCL补偿方式是无线电能传输系统的最常见的补偿方式,是当前该领域的研究热点。但随着运行条件的变化,系统参数、负载的变动,导致其恒流特性会发生改变,给实际的应用及控制带来了不少困难。从实际参数和影响特性等角度出发,对LCL补偿网络型系统恒流输出特性的影响因素进行了详细研究,建立了双边LCL补偿网络的实际电路参数模型,给出了系统恒流输出设计的负载参数约束条件,分析了损耗参数对系统的影响,提出了一种考虑元器件损耗参数的双边LCL补偿网络型无线供电系统设计方案。仿真与试验结果证明了该方案的有效性,系统输出电流波动率达到了预设的不高于10%的设计需求,同时对高次谐波具有良好的滤除效果,与理论设计一致。

LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电

针对电动汽车无线充电线圈偏移造成充电电流不稳定和效率低的问题,提出基于参数优化的LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电设计方法。建立LCC和LC补偿网络的数学模型,分析二者电流输出特性,得到LCC输出电流与互感呈正相关,LC输出电流与互感呈负相关。采用DDQ线圈结构,解决初级、次级线圈同侧解耦及异侧解耦控制,实现LCC和LC均与负载无关的独立恒流输出;通过系统参数优化选择合适的谐振网络参数,采用串联混合结构实现补偿网络电压输入互补,进而使系统具有抗偏移恒流输出能力。最终搭建310W实验样机,验证系统恒流抗偏移输出效果。实验结果表明,在横向偏移50%范围下系统输出电流仍能保持较好的稳定性,在设定值的5%范围内波动,并且最高效率可达91%。

恒流型感应式非接触电能传输电路研究

拓扑结构是非接触电能传输电路的重要组成部分,不同的拓扑结构使非接触电能传输电路有不同的输出特性。为了在感应式非接触电能传输电路中实现恒流输出,选择了LCCL-C型拓扑结构。基于电磁感应原理和互感电路模型,分别针对发射侧电路和接收侧电路进行建模和分析,说明输出电流的计算方法,并证明所选择的LCCL-C补偿结构中输出电流与负载电阻无关。最后采用Multisim软件对所选择的补偿结构进行了仿真,结果表明选择的LCCL-C补偿结构可使感应式非接触电能传输技术实现恒流输出。

谐振式WPT系统的SS和双边LCC拓扑研究

本文对SS和LCC-LCC补偿拓扑分别进行建模分析,推导计算两种补偿拓扑结构的负载输出电流、发射电流、输出功率、传输效率理论公式,并仿真分析了谐振状态下线圈间耦合系数和负载电阻对补偿拓扑结构系统输出特性的影响。研究分析表明,SS补偿拓扑与LCC-LCC补偿拓扑均能满足电动汽车无线充电的需求,但LCC-LCC补偿拓扑具有更优秀的恒流特性,能够应对线圈间耦合系数的波动,安全性更高,更加适合电动汽车无线充电应用。

电动汽车无线充电混合补偿拓扑电路分析

无线电能传输补偿方式直接影响输出电流、电压的增益特性,提出一种混合补偿拓扑电路,解决负载动态变化时输出电流、电压不稳定的问题,可应用于电动汽车恒流恒压无线充电电路。对拓扑电路原副边线圈建立等效松耦合变压器T模型,分析得出等效负载动态变化时可以实现恒流恒压输出的特性。构建仿真模型和试验台架,仿真验证电路分析的正确性。实验验证了在串/并补偿拓扑下副边稳流输出且原边逆变电流滞后电压,在串/串并补偿拓扑下副边稳压输出且原边逆变电流与电压同相。

基于LCL谐振补偿网络的副边自动切换充电模式无线电能传输系统研究与设计

为满足电池在无线充电过程中所需要的先恒流输出后恒压输出的充电需求,该文从电路本质特性出发,基于LCL谐振补偿网络结构,提出一种通过切换副边的谐振补偿网络参数完成恒流充电模式向恒压充电模式的自动切换方法。所提出的方法可以免去原、副边之间的无线通信,且不需要改变原边的输入电压和频率。该文以谐振补偿网络两个电感比值α=1条件下的LCL型谐振补偿结构为例,对所提出的设计方法进行了分析和验证,搭建了一套实验平台,实现了线圈距离在20cm条件下,输出功率为1k W,效率为92%,恒流输出为5V,恒压输出为205V的WPT系统。实验表明,应用所提方法,能够实现电池在无线充电的过程中先恒流输出后恒压输出的充电需求,且切换过程自动、稳定。

用于感应式非接触励磁系统的CLC补偿拓扑研究

在感应式非接触电能传输(ICPT)系统中,为了解决负载变化影响电路输出电流以及输入阻抗角的问题,提出一种新型的T型结构的CLC补偿拓扑,并将其与串联补偿组合形成CLC-串联型补偿结构。依据基尔霍夫定律分析了CLC补偿同时实现全负载变化范围内的输出恒流特性和零输入相位角(ZPA)特性的约束条件;推导出了针对上述约束条件的谐振网络参数设计方法;分析了系统的频率稳定性,并求出了使系统频率稳定的负载边界条件;定量地讨论了使逆变桥开关管实现零电压开关(ZVS)的谐振参数调整方法。仿真和实验结果验证了CLC补偿电路具有恒流特性和ZPA特性;当负载电阻值小于使系统稳定的负载边界值时,系统可以保持频率稳定;单独调节补偿电容容值C 1可以实现逆变器开关管的ZVS。

一种改进型谐振补偿网络的多电压无线充电装置

针对矿井下便携式用电设备电压规格不同导致无线充电系统异常复杂的问题,提出一种同时投切分压电阻和谐振网络的方法,实现无线充电装置多电压输出。首先,分析LCC-LCC/LC谐振网络数学模型,得到恒流与恒压输出特性;其次,根据当前时刻负载两端电压值,原边的控制器投切反激电路输出的分压电阻,改变谐振补偿网络输入电压;同时,副边的控制器对复合型LCC/LC谐振补偿网络进行投切,使蓄电池充电由恒流模式切换至恒压模式,从而为不同规格电压等级用电设备供电。最后仿真和实验结果表明,改进后的无线充电装置可输出12 V、18 V、36 V 3种等级的电压,并且恒压充电时电压精度不超过7%,切换时电压超调量5%,符合蓄电池充电要求。

电流源中偏置三极管特殊结构的探讨

该文对电流源电路中偏置三极管特殊结构作分析 ,指出在这种结构中 ,三极管电流放大的内在本质并没有改变 ,只是外在表现形式相当于一个二极管 。

基于极简三电容补偿的单级式无线电池充电器

为适应锂电池的先恒流后恒压充电曲线,感应式无线电池充电器应提供其所需的输出,同时在整个充电过程中还应具备阻性输入阻抗,以降低器件应力、减少无功环流。针对4种基本补偿拓扑无法同时实现以上要求,而高阶补偿网络必须依赖更多器件实现上述需求的问题,系统地推导了具备阻性输入阻抗和恒定输出特性的基于极简三电容补偿的单级式无线电池充电器的设计自由度,分析其补偿参数与工作频率的约束条件。同时,对三电容补偿的串/串并(S/SP)和串/并串(S/PS)结构的输出特性进行分析和对比,分析补偿元件参数对输入阻抗角和输出增益的影响,以指导软开关设计。最后,搭建一台输出为48 V/2 A的单级式无线电池充电器以证明以上设计的可行性。

基于S-LCL补偿的磁场感应式电能传输系统研究

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)是电力电子领域当下的热点研究方向之一。在许多应用场合,需要无线电能传输系统具备不受松耦合变压器线圈自感所限制,且与负载无关的恒定电流输出能力。文章提出一种基于S-LCL补偿的磁场感应式无线充电系统及其补偿参数的整定方法。通过对系统补偿参数的合理设置,系统能够在近似零相位角(Zero Phase Angle,ZPA)运行下实现电流的恒定输出。通过调整补偿参数的大小,功率MOSFET能够实现零电压开关(Zero-Voltage Switching,ZVS)。为验证理论分析的正确性,文章搭建了实验样机,其输入直流电压为50 V,输出直流电流为4 A,电能最大传输效率达92.8%。

S-LCC型无线电能传输系统补偿网络分析

如今原副边侧高阶拓扑结构越来越多地应用在电能的无线传输,为分析S-LCC型拓扑结构的无线电能传输系统中补偿网络参数对于传输特性的影响,首先利用双线圈等效电路模型建立回路电路方程并推导出系统输出功率表达式;其次在不同参数条件下讨论系统的恒流恒压特性,确定以最优输出功率为目标的补偿网络参数之间的相互关系,分析负载电阻与谐振电感以及寄生电阻对于系统输出功率的影响,并搭建双线圈WPT(wireless power transfer)实物系统。研究结果表明:可精准确定以最优输出功率为目标的原副边侧谐振电容关系;系统的输出功率随负载电阻的增加而表现出先增加后减少或者先增加后减少再增加又减少的趋势;最佳负载电阻随着谐振电容的减少而先减少后增加,随着谐振电感的减少而先减少后增加,随着寄生电阻的增加而增加。

LED用LC/LCC补偿的单管准谐振无线驱动器研究

文中提出了一种用于LED无线驱动的单管准谐振LC/LCC补偿拓扑电路。为了解决该电路谐振电容两端电压为非正弦波形不利于电路数学建模的问题,对补偿耦合网络的输入电压进行分析,推导出了等效输入电源UX的基波计算公式。为了保证LED正常工作,实现开关管的软开关,基于该电路的T等效模型和互感等效模型,对单管准谐振电路的恒流输出特性和软开关特性进行分析,设计了主电路参数。仿真和实验表明,该电路具有良好的“恒压输入-恒流输出”特性。

动态无线充电系统功率波动抑制技术研究

设计了一种新型的双通道动态无线充电系统耦合机构,以解决动态无线充电系统在分段式发射导轨切换处的功率跌落问题。通过LCC-LCC型补偿拓扑,设计了两路能量传输通道,利用LCC-LCC补偿拓扑的恒流特性,推导了系统输出以及损耗与两通道耦合参数之间的关系,实现了较为稳定的功率传输,提升了系统的抗偏移特性以及抗跌落能力。最后对所提方法进行了仿真和实验,验证了双通道动态无线电能传输方案的可行性。

动态载荷下WPT系统的特性分析与实验研究

针对无线电能传输系统中普通存在的载荷动态变化的问题,提出了一种LCC-S补偿网络结构。建立了系统的互感模型,推导了发射端、接收端的动态性能特性,分析了动态载荷工况下,系统的发射端电流、相位角、谐振频率、输出功率的效率的变化趋势。最后,搭建实验平台,采用可变电阻负载和电机负载,测试了电阻的不同阻值和电机的不同转速时的系统特性,验证了理论分析的正确性。在传输距离为5 cm且负载电阻为10Ω~50Ω时,实现2.3 A的发射端恒流输出。当负载电阻为30Ω时,系统效率和传输功率分别为83.4%和16.8 W。