一种适用于无线电能传输系统的自激振荡控制方法

论文总字数：27308字

摘 要

SS型非接触谐振互感器的电路中，输出电压会随负载和互感器气隙的变化而变化。本文采用一种自激振荡的控制方法来解决这一问题。在互感器气隙大小变化的情况下，通过检测非接触谐振互感器的二次侧的电流相位来控制一次侧的逆变电路，使输出电流与输入电压保持同相位，从而保证电路工作在谐振频率点。当系统工作在谐振频率点时，其输出电压与负载无关。为了保证自激振荡控制的准确性，对电路控制反馈系统中的相位延迟进行分析和补偿。之后，用saber仿真软件搭建一个理想的电路模型，并进行仿真。电路通过自启动电路提供了一个初始的启动波形，在自激振荡的控制下达到谐振频率点。仿真实验证实了在改变互感器气隙大小和负载大小的情况下，系统均能在自激振荡的控制下达到谐振工作点，从而保持输出的电压不变。此外，通过仿真电路还验证了在改变互感器参数的情况下，电路也能在一个开关周期内响应参数的变化，达到新的谐振频率点，具有良好的动态特性。

关键词：SS型非接触谐振互感器，自激振荡，谐振频率点，自启动电路

A self- oscillation control method of the wireless power transmission system

Abstract

In a series–series type contactless resonant converter (CRC), the output voltage will change with the load and the transformer air gap varies. In this thesis, a self-oscillation control method is adopted to solve this problem. In the case of the changes of the air gap, by detecting the secondary-side current phase of CRC to control inverter circuit of the primary side, maintain output current and input voltage at the same phase, so as to ensure the circuit at the resonant frequency. When the system is operating at the resonant frequency, the output voltage is independent of the load. In order to ensure the accuracy of the self-oscillation control, analyze and compensate the phase delay of the control circuit feedback system. Thereafter, we use saber simulation software to build an ideal circuit model, and make a simulation. Circuit provides an initial startup waveforms through self-starting circuit, then reach the resonant frequency in the self-oscillation control. The simulation shows that in the case of the changes of the air gap and load, the system can achieve resonant operating point under the control of the self-oscillating, thereby maintaining the output voltage constant. In addition, the simulation circuit further validated that circuit can respond to changes in the parameters in a switching period, reaching a new resonant frequency, under changing transformer parameters. It has good dynamic characteristics.

KEY WORDS: series–series type contactless resonant converter, self-oscillation, resonant frequency, self-starting circuit

目录

摘 要 II

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1无线电能传输的研究背景 2

1.2无线电能传输方式 2

1.2.1电磁感应无线电能传输技术 2

1.2.2电磁谐振耦合无线电能传输技术 2

1.2.3微波无线电能传输技术 2

1.3无线电能传输技术的研究现状和目前存在的难题 2

1.4本文研究的目的和研究内容 2

第二章 原理与理论分析 2

2.1四种经典的磁耦合谐振式非接触电能传输系统 2

2.2恒流模型与恒压模型 2

2.3自激振荡控制方式的原理与设计 2

2.3.1电路拓扑和基波等效电路 2

2.3.2电路的电压增益分析 2

2.3.3转移阻抗 2

2.3.4副边电流反馈控制回路的设计 2

2.4 延时分析及其补偿 2

2.5 自启动电路的提出 2

第三章 系统的参数设计 2

3.1主变换器的参数设计 2

3.2自启动电路的参数设计 2

3.3 超前时间补偿电路的参数设计 2

3.4整流滤波电路的参数设计 2

第四章 仿真实验和结果分析 2

4.1 仿真电路的搭建和原理验证 2

4.2负载变化的实验结果与分析 2

4.2.1不同负载下的输出电压仿真结果 2

4.2.2不同负载下的输入输出相位关系 2

4.2.3负载电阻大小的局限性研究 2

4.3气隙变化的实验结果与分析 2

4.3.1不同气隙下的输出电压仿真结果 2

4.3.2不同气隙下的谐振频率变化 2

4.4动态特性的实验验证 2

第五章 结论与展望 2

致谢 2

参考文献 2

第一章 绪论

1.1无线电能传输的研究背景

随着科技的发展，人们身边的手机、平板、电脑等电子设备越来越多，给这些设备充电成了每一个现代人每天必做之事。而有限的插座和杂乱的充电电源线会给电子设备的充电带来一丝困扰。电源线过多，在影响美观的同时，也存在一定的安全隐患。电源线绝缘层的老化从而导致电的泄漏，会给人们的人身和财产安全带来威胁。此时，一种无线电能传输技术应运而生。

无线电能传输技术是可以使电能不通过机械接触来进行传送的崭新的供电方法。由于无线电能传输能够提高供电的灵活性，减少维修费用并且具有更高的可靠性，因此已经在很多领域得到了应用，比如电池充电系统、水下装置和采矿业。无线电能传输系统可得到的电力传送容量能够从几瓦到几十千瓦。低功率的应用场合包括手机充电和人造器官的供电。中高功率应用集中于电动汽车的无线充电和原料处理系统^[1]。

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