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LCL-LCC型MC-WPT恒流恒压系统研制

Development of LCL-LCC MC-WPT Constant Current and Constant Voltage System

【作 者】吴建华

【摘 要】

无线电能传输(Wireless Power Transmission, WPT)又被称为非接触电能传输。在无电气接触的情况下,无线电能传输技术能够实现电能从能量供应端向能量接收端无线传输,最终实现了电力能量的非直接接触传输。

目前,在WPT技术中,磁耦合感应型无线电能传输(Magnetic Coupling Inductive Wireless Power Transfer,MC-WPT)技术发展相对成熟,实际应用较为广泛。MC-WPT技术其原理是通过高频交流电能激发出的同频磁场来实现电能远距离传输。因为MC-WPT技术具有传输效率高、传输距离远等优势,MC-WPT这种全新的无线电能传输技术受到越来越多的关注。在MC-WPT系统中,原边发射线圈上的电流恒定是实现系统副边拾取线圈上开路电压稳定的重要条件之一。MC-WPT系统电路受到温度和环境等因素的影响,电路器件内阻会发生一系列变化,一个安全稳定的电路是系统正常工作的前提,因此原边线圈上的电流恒定和用电设备输入电压恒定对系统电路和电气设备有着很重要的意义。在MC-WPT系统中,一般都会采取闭环控制的方式来实现电路恒压或恒流输出。在直流电路中加入调压电路(Buck/Boost),通过调压来实现电路恒压/恒流输出。MC-WPT系统电路中加入调压电路的方式往往会增加电路结构的复杂程度,同时增加系统电路的控制难度,提高系统电路的成本。

本文对WPT技术原理,文章的背景、目的和意义以及发展现状逐一进行介绍。对MC-WPT系统中常用的四种单级补偿拓扑逐一进行分析,介绍四种补偿拓扑的特点以及使用环境,对目前研究较多的两种复合型补偿拓扑LCLCLC进行分析。在前文分析的基础之上,本文将以LCL-LCC型补偿拓扑MC-WPT系统为研究对象,以实现原边线圈电流和副边负载电压恒定为研究目标,简化系统电路结构来展开分析。文章对广义平均、频闪映射、阻抗分析三种建模方法逐一介绍,并选用合适的建模法对原副边电路进行分析,给出了LCL-LCC型电路原边恒流和副边恒压的条件,文章还分析了电路电压增益与副边电容之间的关系,基于此设计出一种参数配置方式。文章在对电路分析以及电路参数的配置方式研究的基础上,设计出一组参数,文章运用仿真软件Matlab/Simlink搭建仿真电路模型,切换电路负载对系统电路恒压恒流效果以及参数配置的合理性进行验证。最后搭建硬件电路平台,通过硬件电路实验验证全文理论推导,系统恒压和恒流的效果以及系统参数设计的合理性。

【关键词】MC-WPT系统,LCL-LCC,恒流恒压,参数设计方法

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