磁耦合谐振式无线电能传输系统分析与设计.pdf

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1、2014-年--第六届中国功率变换器磁元件联合学术年会论文集磁耦合谐振式无线电能传输系统分析与设计谢文燕。黄天祥福州大学电气工程与自动化学院。福建福州350116■曩：通过对谐振式无线电能传输系统原理结构的分析，提出了一种采用改进型谐振网络的基于UCC3895控制芯片的移相全桥无线电能传输系统的设计方案，设计并制作了实验平台，实验结果表明，在一定的距离范围内该系统具有良好的电能传输效果。关曩诩：无线电能传输，谐振，移相全桥AnalysisanddesignofwirelesspowertransmissionsystemviamagneticresonancecouplingX．眙Wen

2、-yanHuangTianxiangCollegeofElectricalEngineeringandAlItoma珏0n，FuzhouUniversity。Fuzhou350116。ChinaAbstract：Thispaperdesignsawirelesspowertransmissionexperimentalplatformofphase·shiftedfull-bridgeresonantconverterbasedonUCC3895controlchipthroughresonancewirelesspowertransmissionsystemstructureandpr

3、incipleanalyzing．Experimentdataindicatesthatthissystemhasagoodperformancefortransmittingenergywithinacertaindistance．KeyWords：wirelesspowertransmission，resonance，PSFB传统接触式电能传输技术因需要导线以及频繁的插拔限制了设备移动的灵活性、安全性和使用便捷性，同时也影响了设备环境的美观性和整洁性。无线电能传输技术因其便捷性和在多种特殊环境中的必需性(如人体植入式设备、化工、矿井、油田钻采、高电压环境、水下探测等的电能传输)，近些

4、年得到学术界和企业界的广泛关注It-71。磁耦合谐振式无线电能传输的无线能量传输距离可为几倍于接收设备尺寸，在该尺度下能量传输有效距离扩展到几米至十米级。它与传统电磁感应方式的电能传输技术相比，具有传输距离远、传输效率高和受中间障碍物的影响相对较小等优点，成为一种应用范围更广泛的新型技术，打破了传统无线电能传输技术中传输距离与传输效率不可兼得的矛盾”l。1系统原理分析磁耦合谐振式磁耦合无线电能传输系统的一般能量传输框图如图I所示，包括：整流滤波功率因数校正电路、高频逆变电路、发射阻抗匹配网络、发射侧磁谐振环节、磁耦合系统、接收侧磁谐振环节、接收阻抗匹配网络、高频整流电路及功率电压调节电路

5、。从图l可以看出，系统的工作原理是：工频交流电经过整流滤波电路变换成直流电后经过功率因数校正电路和一198一厂b．碰鹩*采饨图1能量传输框图高频逆变环节为初级发射线圈供给高频交流电，次级接收线圈与初级发射线圈中高频交变电流产生的磁链相交链，产生感应电动势，该感应电动势经过高频整流滤波和功率调节后给各类用电设备供电。2系统总体设计为简化设计，省略图I中的功率因数校正和功率电压调节，设计出的主电路结构如图2所示(全桥逆变电路和改进型谐振网络)。、C图2电路结构图D{【j肄Dj201n-年第六届中国功率变换器磁元件联合学术年会论文集所谓的改进型谐振网络是在传统的串联／串联谐振网络拓扑上加入了两

6、个阻抗匹配网络。初级回路中加入厶、G组成的阻抗匹配网络的目的是使流过前级高频逆变电路功率开关器件和初级发射线圈上的电流能够有效的降低。前级高频逆变电路输出的高频方波电压经过这样一个低通滤波阻抗匹配网络后，初级回路的k和G串联谐振网络相当于获得一个正弦交流电源，不仅使谐振网络产生的大电流不直接流过开关管，还降低了电源发射侧对周围环境的电磁干扰。次级加入阻抗匹配网络C，可以适当的调整从等效负载电阻向左看进去的阻抗和副边的谐振频率，使得谐振网络能够在比较宽的频率范围内保持较高的输出电压[10--Ill。2．1谐振网络参数设计磁耦合谐振式无线电能传输是一个多参数(初级发射线圈自感厶。，次级接收线

7、圈自感￡。，调谐电容C。Q，发射线圈和接收线圈的内阻尺。R。，系统的等效负载电阻R，发射线圈和接收线圈之间的互感M，阻抗匹配网络中的厶、c0、c。以及系统的工作频率工相互影响的磁电一体化系统，而且各个参数之间存在着强力的粘连性，有些参数的选取还是相互矛盾的，因此为了保证系统能够取得最优的能效特性，需要综合考虑各个参数的选取对系统性能的影响，并对系统参数进行优化选取，从而实现高功率，高效率的能量输出1121。对于一个给定应用场合的无线