磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析.pdf

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1、第48卷第11期电力电子技术Vo1．48，No．112014年11月PowerElectronicsNovember2014磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析刘喜声，马殿光，唐厚君(上海交通大学，上海200240)摘要：基于串串模型，建立了无线电能传输系统的互感模型，通过电路分析得到电压增益的频率特性曲线。通过建立Maflab仿真模型，研究电压增益的频率分裂现象，分析在过励磁、临界励磁、欠励磁3种状态下传输效率的变化情况．得到无线电能传输系统有效传输距离的定义，在该距离内，传输效率衰减不明显。设计制作了无线充电平台。测

2、量3种励磁状态下的电压增益频率特性曲线，验证了互感模型及有效传输距离的正确性。关键词：无线电能传输；频率分裂；有效传输距离中图分类号：V242．3文献标识码：A文章编号：1000一l00X(2014)11-0001-02CharacteristicAnalysisofFrequencyModelofWirelessPowerTransferViaMagneticResonanceCouplingLIUXi—sheng，MADian—guang，TANGHou-jun(ShanghaiJiaoUniversity，Shangh

3、ai200240，China)Abstract：Mutualinductancemodelofwirelesspowertransfersystembasedonseries-seriesmodelisestablishedandthevoltagetransferfunctionisproposedviathecircuitanalysis．ByMaflabcalculation．thefrequencysplitofthevolt-agegainisstudiedandthetrendsofeficiencyinover

4、—coupled，critical—coupled，under-coupledstateareanalyzed．Thenthedefinitionofeffective-transferdistanceisproposed．Asimplewirelesschargingplatformisdesigned，whichdemon-stratetheaccuracyofthemodelbyexperimentalresults．Keywords：wirelesspowertransfer；~equencysplit；efecti

5、ve—transferdistanceFoundationProject：SupposedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No．51277120)1引言源输入，经MOSFETs半桥逆变后，与电容C、松耦合变压器的初级线圈串联，次级线圈：与电容当下无线电能传输已从实验走向实际运用，c2串联，经不可控快恢复二极管整流桥整流及电容例如生物医疗(植入电子器件)、小功率手持式电稳压，加到负载上。子设备[11、电动汽车充电等。文献【2】分析了负载品图1为基于松耦合变压器互感模型的等效电

6、质因数，变压器耦合系数，变压器有效匝数比，初、路。。，分别为初、次级线圈的等效电阻；M为次级补偿电容比率等主要参数对系统性能的影响，线圈的互感；R为等效负载。初步给出了系统设计主要参数的合理范围。频率分裂是指在多线圈传输结构中，随着传输距离减小．传输效率频率曲线出现了多个峰值【。这里在文献【2]互感模型的基础上，对无线电能传图1等效电路输系统进行仿真．并通过实验平台进行验证。Fig．1Equivalentcircuit2系统的等效电路和数学模型次级折算过来的等效阻抗为：Z,=w2M2／Z2(1)磁耦合谐振式无线电能传输系统根

7、据电容补式中：Z~=jwL2+ll(jwC2)+2+RL。偿方式分为4种模型：串并、串串、并串、并并。这初级输入电压为方波信号。经傅里叶分解可得里对串串式模型进行建模分析。基波分量有效值=、／UilTr。为达到最高传输效研究的磁耦合谐振式无线充电平台采用直流率，设计初、次级谐振匹配，即C=：C2；电压增基金项目：国家自然科学基金(51277120)益函数眠=Uo／；联立以上各式，可得：定稿日期：2014—03—03i二jwn2．)Qkn／[1+jQtonqn(1-1／to．2)+fl]二j作者简介：刘喜声(1988一)，男，

8、广东揭阳人，硕士研究生，∞帕+(∞n)1+j∞Qn(1研究方向为无线电能传输。(2)1弟48巷弟11期电力电子技术Vo1．48．No．112014年11月PowerElectronicsNovember2014式中：∞为归一化谐振角频率，=tom。，O)o为自然谐振角频4实验率，‰=1／、