基于S/LCC补偿拓扑的无线电能传输技术研究

作     者：张潇锐 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张相军

授予年度：2018年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：无线电能传输 松耦合变压器 S/LCC补偿拓扑 数字闭环控制 

摘      要：无线电能传输技术(WPT)是近几年来比较活跃的研究方向,由于其便捷、高效、安全,有利于设备的可靠性与经济性,在消费电子、医疗电子、照明、交通运输等领域得到越来越广泛的应用。由于传统变压器模型不适用于无线电能传输系统,本文首先推导松耦合变压器的漏感模型和受控源模型,通过理论推导结合软件仿真,分析对比不同绕制方式、形状下的线圈参数,对不同松耦合变压器结构进行研究,考虑到实际应用背景,设计一个满足较大功率传输需求的、传输损耗较小的旋转式松耦合变压器,从而提升无线电能传输系统的整体性能。针对传统低阶补偿的缺点,本文将T电路与传统的串联补偿拓扑相结合,得到一种新的S/LCC补偿拓扑,该拓扑在T电路对称时具有全负载范围内的恒压输出特性。采用基波分析法研究S/LCC补偿拓扑的各性质,通过对对称T网络的不对称处理使电路在全负载范围内实现ZVS软开关,最后探讨高次谐波对电路的影响。为了提高系统输出精度,实现负载恒压输出,本文对Buck电路进行小信号建模分析,在松耦合变压器后级采用连续模式的Buck DC-DC变换器,采用数字控制方式对后级Buck电路进行输出恒压闭环控制,利用PI补偿方法,补偿、调整系统的动态以及稳态性能,调节负载输出电压恒定,从而实现闭环控制。最后,根据理论计算与仿真结果,搭建功率为200W的无线电能传输系统样机,传输距离为5cm,效率达到82%。