基于次级改进型有源整流的无线电能传输系统_黄钦鸿.pdf
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1、第 卷第期年月电力 电子技术,基于次级改进型有源整流的无线电能传输系统黄钦鸿,李优新,李志忠,李杰帆(广东工业大 学,信息工程 学院,广东广州)摘要:在 无 线电能传 输()系统中,为了降低系统 接收端复 杂度且控制输出,出现了次级有源整流的整流模式,针对现有控制 方法 存在非阻性阻抗下效率低、控制策略设计复杂等问题,在此提出 了次级 改进型 有源整流控制策略,降低了开关管的导通损耗及开关 损耗,实现了效率优化,无需额外并联二极管也可保证效率,降低了系统成本,且控制方法简便,可实现恒流恒压输出控制,适用于电池充电的应用场 景。首先介绍了系统结构与工作模态,其次详细分 析了次 级 改进型有源整流
2、提升效 率及控制输出的原理,同时 给出了具 体的控制框图。最后设 计了系统 在恒流模式下输出和恒压模式下输出的验证装置,变负载下可实现恒 定输出控制及模 式切换,验证了系统的可行性和稳定性。关键词:无 线电能传输;有源整流;控制策略;电池充电中图分 类号:文献标识码:文章编号:(),(,):(),?,?,?,:;:()引言可以避免用 电设备与电网的直接连接,具有灵活、安全等优点,克服了电接触的不稳定性、电气设备移 动的 局限性 等问题,成为有 线供电模 式的重要补充。的 负载多为电池或者电机负载,电池充电一般是 先恒流充至额 定电压 再恒压充电,因此需要系统 既可实现恒压输出,也可基金项目:国
3、家自然科学基金()定稿日期:作 者简 介:黄钦鸿(),男,硕士研究生,研究方向为无线电能传输。实现恒流输出。于是整流部分的设计显得尤为重 要,其效率还会影响整个系统的传输效率。文献将半控整流应用于系统接收 端,通 过改变开关管的导通延迟角实现对输出的控制,会导致 谐 振电流与整 流电路 输入电压存在相位差,在非阻性阻抗下,系统 效 率明显降低。文献提出的控制方法解决了谐振电流与整流电路输入电压存在相 位差的问题,但产生 开关序列的控制环路设计 复杂,增加了系统成本,每个周期内两个开关管均有两 次完整开关过程,增 加了开关损 耗。此处 设计了基于次级改进型 有源整流的系统,通过采样输出电压、电流
4、以及接收端谐振电基于次级改进型有源整流的无线电能传输系统流,送入控制电路,实 时控制半控整流开关管的占空比,可以实现变负载下恒定输出控制效果,提高了系统电能传输 效 率,简化了现 有控制策略,且降低了成本。系统结构 与工作模态这里所介绍的采用补偿 拓扑的、次级可控有源整流的系统如图所示,主要包括个部分,即高频 逆变器、发射端及接收端补 偿网络、有源整流器。高频逆变器由两个,构成,发射端 补 偿网络 包括,(;,接收端 补 偿网络包括,两个二极管,和两个,构 成 有源整流器。为输出电容,为系统负载,为 发射、接收 线圈的互感。,):;:峰池嘁图系统结 构 框图接收端工作波形见图,依次为谐振电流,
5、开 关 管控制 信号和,整 流电路 输入电压以及 整流电路输出电流。首?,?,模态丨模态後忐忐模 态模态图接 收 端关键波形 模态过 零后且为正向流动时,导通和乂流经后 再通过形 成回路,不经过作为负载的蓄 电池。在此模态下,为零,为零,电池的充电能量由。提供,如图所示。模态仍为正向流动,截止,导通,流经,向,和蓄电池提供能量,再流经形成回路,该模态为 整流模式。在此模 态下,为充电电压,如图所示。模态过零后且为负向流动时,导通,流经后再通 过形 成回路,不经过作 为负载的蓄电池。在此模态下,为零,为零,蓄电池的充电能量由。提供,如图所 示。模态仍 为负向流动,导通,截止乂流经,向。和蓄电池提
6、供 能量,再流经形成回路,该模态为整流模式。在此模态下,为如图所:。()模态()模态图工作模态图原理分析通过电流采样提取出的频率 和相位与输出参考比较,得到半控整流关键开关序列。实现谐振电流与 整流电路 输入电压同相位,解决了因与存 在相位差而导致系统 在 非阻性负载下无功功率 大的问题。在现有的半控整流控制方法下,单 个周期内,每 个都有两次完整的开 关过程。这里提出的控制方法效率 提升的原理在于减少了开 关 次数,降低了开关损 耗,同时由于的 导通压降 小于其体二极管的导通压降,降低了导通损耗。于是在 低压大电流的应用场合中,该 方法带来的效率 提 升效 果更加显著,即使不在两个上并联二极
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