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电源学报 2024年

作者：冯群群殷佳斌熊飚罗斌南昌大学信息工程学院

在多负载无线充电领域中，往往需要给接收设备提供恒压（CV）或者恒流（CC）充电。但在已有的多负载无线电能传输系统（WPT）研究中，通常只具有CV或CC中的一种输出模式，同时提供恒压输出或恒流输出的工作很少。对此，该文提出了一种... 详细信息

在多负载无线充电领域中，往往需要给接收设备提供恒压（CV）或者恒流（CC）充电。但在已有的多负载无线电能传输系统（WPT）研究中，通常只具有CV或CC中的一种输出模式，同时提供恒压输出或恒流输出的工作很少。对此，该文提出了一种平面式双分支WPT系统，可同时提供两路负载无关的输出，一路为恒流输出而另一路为恒压输出，两个支路可独立设计且互不影响。可通过开关控制或取走某个分支的方式提供三种供电方式：恒流分支和恒压分支同时供电、仅对恒压分支供电、仅对恒流分支供电。首先，阐述了该双分支WPT系统的拓扑结构，阐明了负载无关和两分支独立工作的工作原理；其次，揭示损耗对系统性能的影响以及负载动态范围的估算方法；最后，搭建了由5个谐振器构成的双分支实验平台，实验和理论吻合得很好。通过在共面相邻线圈结合处添加铁氧体介质板，显著增强了相邻线圈的磁耦合并提高了系统传输效率，在恒流、恒压、恒流与恒压同时供电的三种工作模式下，测量的最大传输效率分别达到了89.2%，93.5%，91.6%。

关键词：无线电能传输负载无关双分支

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共面式负载无关恒流和恒压双分支输出MCR-WPT系统研究

共面式负载无关恒流和恒压双分支输出MCR-WPT系统研究

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作者：殷佳斌南昌大学

学位级别：硕士

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)作为一种新型的供电方式,有着安全、便捷、高效等优点,广受研究和市场青睐。负载无关恒压(Constant Voltage,CV)输出或恒流(Constant Current,CC)输出是无线电能传输(WPT)的重要应用场景。在... 详细信息

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)作为一种新型的供电方式,有着安全、便捷、高效等优点,广受研究和市场青睐。负载无关恒压(Constant Voltage,CV)输出或恒流(Constant Current,CC)输出是无线电能传输(WPT)的重要应用场景。在多负载WPT系统中,充电设备不止一个、充电需求不止一种、充电时充电设备会频繁的移入和移除。因此,为了应对WPT在多负载情况下需要同时提供负载无关恒压CV和恒流CC输出的特殊充电需求以及用电设备移入和移除系统情况,本文提出了一种新型共面式负载无关恒压和恒流双分支输出MCR-WPT系统。针对传统共面式WPT系统结构线圈间耦合弱,传输效率低的问题,本文通过在相邻平面线圈衔接处上下两面放置高磁导率的铁氧体板引导磁通提高相邻线圈间主耦合,使系统能够实现高效传输。针对传统分支型WPT系统结构各分支负载输出相互影响的问题,本文在(Rx-Tx-Rx)分支型结构的基础上通过引入共用中继的方法,使双分支结构不但能够提供两路输出,而且两路负载输出相互独立互不干扰,并对各分支结构独立设计,同时兼容负载无关恒压CV和恒流CC两路输出。最后还通过开关控制不同分支移入和移除系统来模拟实现负载无关恒压CV和恒流CC充电设备移入和移除系统,提供众多充电选择。本文主要对共面式负载无关恒压和恒流双分支输出MCR-WPT系统进行研究。研究内容如下:(1)以串-串双线圈MCR-WPT系统为基本模型,对WPT系统中一些重要参数进行介绍。并简要介绍了WPT滤波器理论、电路理论以及系统设计中应注意的两个基本原则。(2)通过在Rx-Tx-Rx分支型结构的基础上,引入共用中继设计新型双分支结构,并对各分支结构独立设计,来同时兼容负载无关恒压CV和恒流CC两路输出。通过开关对不同分支控制,实现负载无关CV和CC分分支单独输出,并通过Maxwell 3D对铁氧体放置参数扫描,得到该结构最佳铁氧体放置,将系统设计成共面式结构。(3)根据电路理论、滤波器理论分别通过矩阵直接求解和电路等效变换方法,在无损耗理想情况下给出了系统同时实现负载无关恒压CV和恒流CC输出的解析式,在考虑损耗的实际情况下,给出了系统实现恒压CV和恒流CC输出负载动态范围的估算方法。并通过ADS、Mathematica软件仿真验证两种情况下系统的负载无关恒压CV和恒流CC输出情况。(4)搭建五线圈双分支实验平台,证实了在估算的负载动态范围内系统具有良好的恒压CV和恒流CC输出特性,且恒压CV和恒流CC分支移入和移除不影响系统其他负载输出特性,以及由于铁氧体结构的加入系统可以实现高效率传输。并搭建六线圈三分支实验平台,验证了恒压CV和恒流CC各分支随意接入系统扩展支节情况。

关键词：共面式无线电能传输铁氧体负载无关恒压输出恒流输出双分支

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E类逆变器激励的电机位置传感器设计与实现

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仪表技术与传感器 2022年第3期 1-5,11页

作者：钟再敏周松胡程宇同济大学汽车学院上海201804

电机位置检测在电力牵引应用中对提高控制性能和效率非常重要。针对一类无铁芯的高频电机位置检测原理,聚焦其中的高频激励和位置解算设计与实现方法。所述传感元件基于磁耦合谐振式能量传输结构的特性,无需铁磁材料且可以进一步提高信... 详细信息

电机位置检测在电力牵引应用中对提高控制性能和效率非常重要。针对一类无铁芯的高频电机位置检测原理,聚焦其中的高频激励和位置解算设计与实现方法。所述传感元件基于磁耦合谐振式能量传输结构的特性,无需铁磁材料且可以进一步提高信号激励频率。高频激励电路优选具有负载无关特性的E类逆变器,其最佳工作状态下容许负载阻抗范围大,扩大了传感器的应用场景。解调解算部分引入模拟前端电路,通过相干解调原理实现(调幅)位置信号的解调,A/D采样后利用锁相环算法完成角度解算。实验结果表明,电机在1 350 r/min内恒转速工况下传感器机械角度误差峰峰值最大为0.252°,能有效检测电机位置。

关键词：电机位置检测 E类逆变器负载无关高频无铁芯相干解调

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面向双负载的高频无线充电系统研究

面向双负载的高频无线充电系统研究

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作者：李方哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

现代电力电子技术的飞速发展,高频化、集成化、智能化、无线化已经成为现代工业和电子等消费产业的追求目标。无线化功率电源,可以有效减少电源线的连接,提高电源的密封特性,具有防水防尘等效果,从而在很多应用场合取得非常好的效果,比... 详细信息

现代电力电子技术的飞速发展,高频化、集成化、智能化、无线化已经成为现代工业和电子等消费产业的追求目标。无线化功率电源,可以有效减少电源线的连接,提高电源的密封特性,具有防水防尘等效果,从而在很多应用场合取得非常好的效果,比如深海作业、机器人关节供电、电子消费产品等。目前单负载无线电能传输技术已经在很多场合取得了非常好的应用效果,但是对于双负载以及多负载无线传输技术尚在起步阶段,尤其是高频多负载的无线充电系统研究,具有很好的发展前景和开发价值。本课题正是基于此研究背景,开展了对13.56MHz双负载无线充电系统的研究。本文给出了高频逆变器和整流器的分析推导方法,保证了系统在高频化可以实现软开关特性,提高了系统的响应特性和传输效率。同时,本文还详细分析了几种有效的补偿网络,在实现较高传输效率的同时,具有抗负载扰动和抗耦合系数扰动的效果,保证了系统稳定的输出电压增益。另外,为了实现双负载无线充电系统的正常工作,对单负载和双负载的耦合状态以及工作原理进行分析,给出了单双负载的工作状态表达式。最后通过仿真和实验结果,验证所提双负载无线充电系统的可行性和合理性。同时,为了提高系统的鲁棒性,本课题在所设计的无线充电电路后级引入了一个高频Boost电路环节,有效保证负载接收到的电压增益稳定性,可以实现接收端电压自闭环效果,解决了负载竞争的问题。除此之外,为了进一步保证输出电压的稳定性,系统还引入了基于蓝牙通信的通讯环节设计,保证能量的发射端和接收端可以有效通讯,从而实现整个系统的闭环,进一步提高了系统的工作稳定性。本课题设计并搭建了一款输入5V、额定输出5V/0.5W,工作频率13.56MHz的双负载无线充电系统实验样机,测试结果与预期指标吻合,系统在负载和耦合系数的扰动因素下,均可以维持稳定的电压增益,具有很好的抗负载和抗耦合扰动效果,且支持单双负载的切换工作。

关键词：无线化高频化双负载负载无关耦合系数无关蓝牙通信

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