ICPT系統(tǒng)接收端穩(wěn)壓控制策略研究

張?zhí)?李良光+王育寶

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有的ICPT（Inductively Coupled Power Transfer Technology）系統(tǒng)中幾種不同的接收端穩(wěn)壓控制策略，提出了一種更為優(yōu)化的穩(wěn)壓控制策略：發(fā)射端恒流恒壓控制策略，在不增加任何元器件的條件下更能起到穩(wěn)壓輸出的效果。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)負(fù)載；穩(wěn)壓；恒流恒壓控制

無(wú)線傳輸系統(tǒng)中的接收端穩(wěn)壓控制問(wèn)題一直是動(dòng)態(tài)負(fù)載系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)，根據(jù)這一問(wèn)題提出了通過(guò)控制發(fā)射端的電流電壓來(lái)控制接收端電壓穩(wěn)定的研究新策略，通過(guò)MATLAB/Simulink的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了穩(wěn)壓的可行性。

1 ICPT系統(tǒng)的工作原理

無(wú)線充電器的工作原理是利用法拉第電磁感應(yīng)原理，當(dāng)有電流通過(guò)線圈后，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)形成電壓，有了電壓之后就會(huì)產(chǎn)生電流，從而有了電流便可以對(duì)電池進(jìn)行充電。

ICPT系統(tǒng)的工作原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其組成部分主要有兩大模塊：主電路模塊和控制模塊，主電路模塊包括發(fā)射端和接收端?？刂颇K包括信息采集單元、主控制板以及驅(qū)動(dòng)電路。控制模塊主要用于發(fā)射端恒流恒壓控制：動(dòng)態(tài)負(fù)載的變動(dòng)就會(huì)引起輸出電壓的不穩(wěn)定，通過(guò)采集發(fā)射端的電流電壓輸送到主控制板進(jìn)行相關(guān)處理得到控制逆變電橋的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)逆變電橋的開(kāi)通與關(guān)斷。此種控制電路省去了在接收端進(jìn)行穩(wěn)壓的麻煩，簡(jiǎn)單、安全、準(zhǔn)確。

2 恒流恒壓控制策略

無(wú)線傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分——松耦合變壓器，有兩個(gè)相互獨(dú)立的電感線圈繞制而成。發(fā)送端與接收端通過(guò)磁場(chǎng)耦合的形式傳送能量，因此在ICPT系統(tǒng)中，電容補(bǔ)償是提高傳輸功率必不可少的部分，一般在發(fā)射和接受端的電感上串聯(lián)或者并聯(lián)電容，用以補(bǔ)償電感線圈的無(wú)功損耗，使其工作在諧振狀態(tài)，為了減小電感無(wú)功損耗而提高傳輸功率，本實(shí)驗(yàn)主要討論SP型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 SP型電容補(bǔ)償?shù)刃щ娐?/p>

US是激勵(lì)源，RP、RS為發(fā)射端線圈和接收端線圈等效內(nèi)阻，LP 、LS為發(fā)射端線圈和接收端線圈電感，CP、CS為對(duì)應(yīng)諧振補(bǔ)償電容，IP、IS為原副邊電感電流有效值，RL為等效負(fù)載，M為互感。

一般ICPT系統(tǒng)的諧振頻率ω較高，在計(jì)算過(guò)程中RS遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感抗ωLs，即：

RS<<ωLs

所以RS在電路分析過(guò)程中可以忽略不計(jì)。

副邊諧振補(bǔ)償電容CS的選取需滿足：

系統(tǒng)接收端電路的總阻抗為ZS，發(fā)射端電路的總阻抗為ZP，接收端等效到發(fā)射端的引入阻抗為Zr，系統(tǒng)的總阻抗為ZT，則各個(gè)阻抗的計(jì)算如下所示：

根據(jù)以上可以推斷出發(fā)射端電壓VP與接收端電壓V0和電流IP的關(guān)系如下所示

在接收端負(fù)載開(kāi)路和接收端接入負(fù)載兩種情況下可計(jì)算出Zr的值，由于系統(tǒng)在運(yùn)行前各種參數(shù)都是測(cè)量好的，只有互感M是隨著負(fù)載的接入而變化的，故由公式3可得出M的值，M得出后，V0只與VP或者IP有關(guān)，通過(guò)控制占空比就可調(diào)整VP和IP。

3 ICPT系統(tǒng)的仿真

利用MATLAB/Simulink進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，仿真驗(yàn)證了輸出電壓的穩(wěn)定性。分別是在恒載下、由輕載切換到重載下以及由重載切換到輕載下的輸出電壓仿真。圖3是恒載輸出電壓，圖4是由輕載切換到重載下以及由重載切換到輕載下的輸出電壓波形。

6 結(jié)論

通過(guò)理論分析和MATLAB/Simulink仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于發(fā)射端恒流恒壓控制策略的可行性，在負(fù)載增加或減少時(shí)不影響輸出電壓穩(wěn)定性。

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作者簡(jiǎn)介

張?zhí)伲?990―），女，碩士研究生，山東濟(jì)寧人，主要研究方向：開(kāi)關(guān)電源，無(wú)線充電。