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感应电能传输系统高输出增益拓扑研究

Study on High-Gain Output Topology of Inductive Power Transfer System

【作 者】邹逃

【摘 要】

感应电能传输(Inductive Power Transfer)技术,简称 IPT 技术,是一种借助高频电磁场实现无接触的电能传输技术。由于系统的原、副边处于完全分离状态,摆脱了固有电气接触,能在不同介质中高效传能,具有较高的灵活性和稳定性,成为近来在电能传输方式上的研究热点。

由于 IPT 系统原、副边处于物理分离状态,耦合系数较低,使得系统的输出电压不能实现类似变压器的物理匝数比增益。针对于系统增益方面的分析,传统的 IPT 系统通常需外加升压电路来提高系统的输出增益,或是进行磁耦合机构优化设计。外加辅助电路会使系统变得更加复杂,磁耦合机构设计能提高耦合系数,但对输出电压改善有限。本文针对 IPT 系统高输出增益方面问题,利用推挽电路的不同控制模式下相分电感储能方式来增加系统的注入能量,从而提高系统的输出增益。

本文主要的研究内容包括以下几方面:

① 介绍了 IPT 系统的组成和基本原理,对 IPT 系统的基本结构进行了增益分析,总结了几种可以实现增益调节方法的工作原理和优缺点,掌握了 IPT 系统的结构特性,提出了基于推挽电路的 IPT 系统高输出增益实现方案。

② 对能量注入推挽电路的工作原理进行了详细分析,优化系统的参数配置,提出了基于电感储能来提高系统输出增益的方法。针对等脉宽斩波控制分析了系统输出增益与开关管导通占空比关系,并分析了系统在不同参数条件下的增益特性和效率特性。

③ 基于能量注入与自由振荡模式提出了整谐振半波能量间歇注入控制方法,阐述其基本工作原理,建立系统能量模型,分析了系统注入周期与振荡周期调节下的能量关系,给出相应的周期控制比例关系,以及软开关实现方法。

④ 通过 Matlab/Simulink 软件对改进推挽型电路建立仿真模型,在两种不同控制模式进行系统增益仿真,并搭建相应的实验平台。通过仿真和实验验证了两种控制方法能实现较高的输出增益调节。

【关键词】感应电能传输(IPT);推挽电路;高增益;能量注入

【下 载】 (浏览163次)