近年來(lái)無(wú)線電能傳輸技術(shù)在消費(fèi)電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,而接收端的恒壓/恒流輸出特性可以顯著簡(jiǎn)化負(fù)載功率的控制。兆赫茲（MHz）無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)由于其各環(huán)節(jié)復(fù)雜的阻抗特性,使得千赫茲（kHz）系統(tǒng)中常用的恒壓/恒流拓?fù)湓O(shè)計(jì)難以達(dá)到其應(yīng)有效果。首先,詳細(xì)分析了E類兆赫茲無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的各部分特性,提出一種基于全局負(fù)載牽引的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法在結(jié)構(gòu)上僅需在發(fā)射端增加一枚電容即可實(shí)現(xiàn)接收端的恒壓/恒流輸出,同時(shí)使得系統(tǒng)效率在負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定在較高水平。最后,搭建了工作頻率為6.78 MHz的20 W、10 V恒壓輸出無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)樣機(jī),并與傳統(tǒng)單點(diǎn)負(fù)載優(yōu)化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行比較。該系統(tǒng)在5～20Ω的負(fù)載變化范圍內(nèi)電壓浮動(dòng)范圍在1 V以內(nèi),效率保持在76%～84%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方案的有效性。 

【文章來(lái)源】：電源學(xué)報(bào). 2020,18(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

不同輸出負(fù)載點(diǎn)下的單端E類功放開關(guān)管電壓波形

相比于局部負(fù)載牽引，全局負(fù)載牽引將系統(tǒng)的最終負(fù)載RL作為掃參變量，設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)使接收端保持恒壓/恒流輸出，同時(shí)使功放高效工作。采用全局負(fù)載牽引的WPT系統(tǒng)各環(huán)節(jié)阻抗變化情況如圖7所示。當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，若沒(méi)有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，則Zpa=Znet，阻抗變化如圖7中Znet所示。在這種情況下，隨著RL的增大，功放會(huì)脫離高效工作區(qū)間從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率顯著降低。此時(shí)，通過(guò)仿真軟件或數(shù)值計(jì)算的方法調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，使得功放的負(fù)載阻抗由Znet被轉(zhuǎn)化為處在高效區(qū)間內(nèi)的Zpa；同時(shí)由式（7）可知，在RL增大時(shí)Zpa的變化方向應(yīng)如圖7所示，由點(diǎn)C指向點(diǎn)A（接收端恒壓輸出），或由點(diǎn)A指向點(diǎn)C（接收端恒流輸出）。根據(jù)系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)輸出功率，取線圈和整流器的效率分別為95%和92%，可以估算出功放所需的最大輸出功率為

為了驗(yàn)證所提出的設(shè)計(jì)方法，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)輸出電壓10 V、最大輸出功率20 W的試驗(yàn)樣機(jī)，如圖8所示，系統(tǒng)工作頻率為6.78 MHz。接收與發(fā)射線圈皆為直徑7.2 cm的圓形PCB螺旋線圈，傳輸距離為2.3 cm，線圈參數(shù)見表1。值得注意的是，由于系統(tǒng)工作在MHz情況下，因此耦合機(jī)構(gòu)中不再需要額外的鐵氧體來(lái)增強(qiáng)磁場(chǎng)，這有效降低了系統(tǒng)的成本和重量。由于本文采用了T網(wǎng)絡(luò)作為發(fā)射端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其參數(shù)LT1可以并入功放的輸出網(wǎng)絡(luò)L0和C0中，LT2可以并入發(fā)射線圈Ltx及其諧振電容Ctx中，因此相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文提出的發(fā)射端只增加了1個(gè)電容CT，經(jīng)過(guò)合并后的發(fā)射端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖9所示，圖中帶“*”變量表示相應(yīng)元件的值在網(wǎng)絡(luò)合并后有變化。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]感應(yīng)耦合能量傳輸系統(tǒng)中雙邊LCC諧振腔恒流和恒壓模式的研究[J]. 陸江華,朱國(guó)榮,黎文靜,李博,姜晶.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2019(09)
[2]超高頻功率變換器研究綜述[J]. 徐殿國(guó),管樂(lè)詩(shī),王懿杰,張相軍,王衛(wèi).  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2016(19)



本文編號(hào)：3335460