王毅君

【摘要】 無線電力傳輸已經(jīng)在電力傳輸系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但是不可否認(rèn)的一點(diǎn)就是，無線電力傳輸仍然存在著一定的問題，表現(xiàn)最為明顯的就是功率因數(shù)低、電力傳輸效率低等相關(guān)問題。針對(duì)這類問題產(chǎn)生的結(jié)果，不僅影響電力傳輸系統(tǒng)的增場(chǎng)運(yùn)行操作，還影響用戶的的使用效能。針對(duì)這類問題需要設(shè)計(jì)出一款數(shù)字家用無線電力傳輸電源。該電源由開關(guān)輸入網(wǎng)絡(luò)、、高頻正流網(wǎng)絡(luò)以及諧振耦合網(wǎng)絡(luò)共同組成。通過這項(xiàng)設(shè)計(jì)，就能夠避免無線電力傳輸中各種問題的出現(xiàn)。筆者就數(shù)字家用無線電力傳輸電源相關(guān)情況進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】 家用電氣 無線電力傳輸 電源

最近幾年在電力設(shè)備逐漸完善的過程中，無線電力傳輸（Inductive Power Transfer，IPT）具有的時(shí)尚、安全的特點(diǎn)開始被人們關(guān)注。但是該項(xiàng)技術(shù)存在的局限性表現(xiàn)在只能為手機(jī)充電等效功率應(yīng)用，針對(duì)功率較大的家電領(lǐng)域，目前尚未成熟。對(duì)于IPT系統(tǒng)來說，傳輸線圈副邊電路互相隔離，在開環(huán)狀態(tài)下工作，電路的輸出電壓通常都難以控制。通常情況下，在接收端使用DC/DC電路來穩(wěn)定輸出電壓的過程中，為增加系統(tǒng)輸出功率，通常都會(huì)在原邊電路中增加鎖相環(huán)電路，進(jìn)而促使線圈工作在諧振狀態(tài)。但是采用這種方法存在一定的問題，這些問題的存在降低了輸出功率的穩(wěn)定性。因此，為提高松耦合變壓器傳輸功率與效率，需要對(duì)原、副邊線圈增加諧振補(bǔ)償電容。同時(shí)需要眼研究出一種新的輸電系統(tǒng)。

一、無線電力傳輸系統(tǒng)

該種系統(tǒng)已經(jīng)在大范圍領(lǐng)域中開始應(yīng)用，但是要想進(jìn)一步了解其中相關(guān)情況，就應(yīng)當(dāng)對(duì)該系統(tǒng)有一個(gè)必要的了解。

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無線電力傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)通常是由半橋逆變電路、單片控制電路、輔助電源、顯示模塊、婺源射頻識(shí)別以及諧振耦合電路共同組成220V交流電在經(jīng)過全橋整流、電感、電容濾波后送達(dá)給半橋逆變電路的輸入端，在此過程中，高頻方波電壓就會(huì)通過半橋逆變電路出書到諧振耦合電路中，再由諧振耦合電路將能量傳輸給負(fù)載[1]。這是無線電力傳輸系統(tǒng)的組成部分，各個(gè)部位都在系統(tǒng)運(yùn)行中具有重要的作用。

1.2主電路參數(shù)設(shè)置

無線電路傳輸系統(tǒng)由開關(guān)輸入網(wǎng)絡(luò)、高頻整流網(wǎng)絡(luò)和諧振耦合網(wǎng)絡(luò)共同組成。諧振耦合網(wǎng)絡(luò)的原邊線圈采用串聯(lián)電容Cp補(bǔ)償，副邊線圈采用并聯(lián)電容Ca補(bǔ)償。其中，Cp采用耐流大的電容，采用耐壓高的電容，且Cp、Ca的頻率穩(wěn)定性都較高，C1、C2采用耐壓較高、容量較小的無極性電容，和Lim組成LC濾波器，以提高功率因數(shù)。在分析主電路的過程中，采用互感模型的方法對(duì)主干電路進(jìn)行分子，就可以將等效電路圖畫出來。等效電路圖如圖2所示。原、副邊線圈電感通常由Lp、La表示，Cp、Ca為原、副邊補(bǔ)償電容，Rp、Ra分別為原、副邊線圈電阻，M為原、副邊線圈的互感，R為負(fù)載電阻，Re為等效負(fù)載，Za為次級(jí)回路的等效阻抗，為從輸入端看進(jìn)去的等效阻抗。通過對(duì)圖2所示主電路的等效電路進(jìn)行建模和分析。通過這樣的分析主電路的電壓變化，就能夠確定諧振網(wǎng)絡(luò)元件的參數(shù)。

1.3直流輸出電壓的控制

直流輸出電壓Uo控制采用頻率查表模糊控制法。在電路穩(wěn)定的時(shí)候，開關(guān)主要負(fù)責(zé)諧振頻率上，此時(shí)可完全實(shí)現(xiàn)零電流軟開關(guān)（ZCS），如果開關(guān)的損耗量小，則系統(tǒng)工作的效率就可以達(dá)到最高效率，在輸出電壓Uo降低或者增大的時(shí)候，電路檢測(cè)到諧振電流幅度值法僧改變，相應(yīng)增大或者縮小來管理工作頻率，以此來穩(wěn)定電壓Uo[2]。在研究的過程中就會(huì)發(fā)現(xiàn)，電路工作頻率在鎮(zhèn)邪頻率福建的時(shí)候，電路的電壓增益變化就會(huì)變得較大。由此可見，如果開關(guān)頻率偏執(zhí)不會(huì)超過某一界面，開關(guān)管基本工作在ZCS工作狀態(tài)的時(shí)候。從實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果就可以看出，開關(guān)頻率在諧振率±5%的范圍內(nèi)，電壓增益變化就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)工作效率還就能夠達(dá)到滿足84%以上。

二、仿真實(shí)驗(yàn)

通過設(shè)計(jì)一臺(tái)額定功率1000W的數(shù)字家用無線電力傳輸電源樣機(jī)，可以將輸入電壓范圍保持在180-264VAC輸出電壓為Uo220VDC，電桿Lm為400uH，C1、C2采用耐壓較高的1uF無極性電容，原邊線圈直徑19mm等相關(guān)的數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中，為進(jìn)一步驗(yàn)證電源性能，可以分別對(duì)電源的功率與功率因素采用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的可行性。

三、結(jié)語

在實(shí)驗(yàn)研究的過程中，依據(jù)數(shù)字家用無線電力傳輸電源，就能夠確定1000W左右功率等級(jí)的無線電力傳輸系統(tǒng)可以采用的電路結(jié)構(gòu)具有合理性，同時(shí)護(hù)肝模型對(duì)電路進(jìn)行的等效分析就可以知道參數(shù)設(shè)計(jì)具有可行性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉永軍.無線電力傳輸技術(shù)：創(chuàng)造未來空間神話[J].中國(guó)電子商情（基礎(chǔ)電子），2010，10（12）：53-54.

[2]馬皓，孫軒.原副邊串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷盒婉詈想娔軅鬏斚到y(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，6（12）：78-79.