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IPT系统环流分析及控制方法

Analysis and Inhibition on Short Current in Inductive Power Transfer System

【作 者】李威仪

【摘 要】

无线电能传输技术是当下学术界的研究热点之一,因其广阔的应用前景而得到了学者和工程研究人员的广泛而深入的研究。作为无线电能传输领域的主流技术之一,感应式电能传输(inductive power transfer,简称 IPT)技术的很多研究成果都已经被应用于实际系统中。然而,与 Voltage-Fed IPT 系统相比,目前对Current-Fed IPT 系统的研究较少,这阻碍了并联谐振网络等一大类谐振网络的实际应用。在实际 Current-Fed IPT 系统中,逆变器中出现的环流严重威胁着开关管的安全、稳定运行,这是制约 Current-Fed IPT 系统实用化的一大原因。

本文以 Current-Fed IPT 系统为研究对象,研究了 Current-Fed IPT 系统的环流问题,主要工作有以下几点:

①分析了 Current-Fed IPT 系统中环流的产生机理,并提出了一种分析电路能否产生环流的判断条件,方便了今后的研究工作。

②列举了现有的环流控制的方法,讨论了实现环流控制的思路,为以后探索消除环流的方法提供了一些思路。

③提出了基于电感阻尼的环流抑制方法,在环流导通回路中加入小电感 L1,降低环流的上升率和峰值。同时,在 PWM 序列中增加了重叠导通阶段,以便使得 L1能够实现电流的平稳换向。此系统中开关管能够实现零电流开通、零电压关断。之后,分析了系统的稳态工作条件,提出了一种简单的调节 PWM 序列中重叠导通时间的方法,精确计算出了电感 L1的临界值 L1_cri,随之提出了一套参数设计流程并设计了实验系统参数,最终搭建了电路进行了验证。

④提出了基于输入电流断续的环流消除方法,消除了电路环流。建立了理论模型,并对系统一些重要参数进行了数值求解。由于 LDC较小,可明显减轻系统重量和体积。之后,设计了实验系统,选用开通时间 TON恒定的 PWM 序列。最后搭建了实际电路进行了验证。

【关键词】Current-Fed型IPT系统;环流;串联电感;输入电流断续

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