基于谐振拓扑的无线能量传输系统研究

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1、硕士学位论文基于谐振拓扑的无线能量传输系统研究WIRELESSPOWERTRANSFERSYSTEMWITHRESONANTTOPOLOGIES王丹丹哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TM724学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于谐振拓扑的无线能量传输系统研究硕士研究生：王丹丹导师：张东来教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:

2、TM724U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringWIRELESSPOWERTRANSFERSYSTEMWITHRESONANTTOPOLOGIESCandidate：WangDandanSupervisor：Prof.ZhangDonglaiAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeinEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliati

3、on：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文提出了一种负载波动抑制型Φ2-Φ2无线能量传输结构，以磁耦合谐振式原理为基础，适用于中等功率、中等距离的应用场合。该结构可实现负载、输入电压宽范围变化时，无线能量传输系统保持高效率、低电压应力的需求。运用电路理论，建立磁耦合无线能量传输系

4、统模型。研究了频率、线圈参数对不同线圈谐振结构性能的影响。设计了线圈基础参数测试电路，并改进了线圈规格、电容选型，以降低寄生参数引起的功耗。文中深入分析了E类谐振变换器的工作特性。标准E类逆变器可实现软开关状态，但电压应力高。负载波动抑制型E类逆变器可进一步消除负载波动对软开关状态的破坏。本文改进了负载波动抑制型E2传输系统的调谐方法，经验证，负载宽范围变化时系统可保持软开关状态。为克服E类变换器电压应力高的问题，文中采用Φ2类变换器。本文提出了负载波动抑制型Φ2-Φ2无线能量传输系统，该系统具备

5、低电压应力、抗负载扰动的特点。文中简化了Φ2类变换器的参数设计方法，并通过频谱分析，验证了Φ2类变换器中谐振网络LMR-CMR对二次谐波分量的短路作用，降低了电压应力。通过硬件平台完成分析验证。系统测试结果证实，Ф2类逆变器中开关管电压应力比E类变换器中降低了30%；Ф2类整流电路中二极管电压应力比E类整流电路降低了40%。负载波动抑制型Φ2-Φ2无线能量传输系统在距离为30cm时，以76.3%的效率传输了50W的功率。在变负载、变距离时，系统仍保持软开关状态高效工作。关键词：磁耦合谐振；E类变换

6、器；Ф2类变换器；负载波动抑制型Φ2-Φ2无线能量传输结构-I-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractLoadinsensitiveФ2-Ф2wirelesspowertransferstructureisproposed,whichbasedonmagnetic-coupledresonanceprincipleandusedforintermediatedistance,mediumpowerapplications.Thesystemcanmeettheneedofhighe

7、fficiency,lowvoltagestressforwirelesspowertransfersystemwithvariableresistanceandinputvoltage.Withcircuittheory,circuitmodeloftheWPTsystemisbuilt.Theeffectofworkingfrequencyandparametersofcoilsondifferentresonantstructuresisstudied,Testcircuitisdesign

8、edtogetthebasicparametersofthecoils.Coilsandcapacitorwithgoodperformanceisselectedtoreducethepowerloss.TheworkingcharacteristicofClassEconverterisfurtherstudied.StandardClassEinverterworksinZVSstatewithhighvoltagestress.WhileloadinsensitiveCla