郭彩霞 張志俊 李陽陽

摘? 要：隨著無線電能傳輸技術(shù)快速發(fā)展，磁耦合式無線充電技術(shù)被廣泛應(yīng)用在鋰電池充電領(lǐng)域.為進(jìn)一步提升無線充電系統(tǒng)的安全性與充電效率，在串聯(lián)串聯(lián)（series-series，S-S）型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種基于接收側(cè)π/T型變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的恒流恒壓無線充電系統(tǒng).利用等效電路分別建立恒流和恒壓充電的模型，通過附加的電容電感和開關(guān)改變接收側(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無線充電系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的電流電壓.該結(jié)構(gòu)無需原邊和副邊復(fù)雜的控制和通信，幾乎沒有無功功率輸出.通過DSP控制器作為恒流恒壓輸出的切換控制器.最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于接收側(cè)π/T型變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)恒流恒壓輸出特性和參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性.

關(guān)鍵詞：無線電能傳輸;磁耦合;恒壓;恒流;變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TM724????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1000-2367（2024）03-0025-08

無線電能傳輸（wireless power transfer，WPT）技術(shù)具有方便、安全、傳輸穩(wěn)定、無需接觸等優(yōu)點(diǎn)［1］.這使得WPT技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、水下供電、電動(dòng)車充電等領(lǐng)域.傳統(tǒng)有線接觸式充電存在觸電和長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致線路老化等安全隱患.WPT技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)有線接觸式充電存在的問題.鋰電池具有對(duì)環(huán)境污染小、質(zhì)量輕、使用壽命長(zhǎng)、無記憶等優(yōu)點(diǎn)［2-4］，因此鋰電池充電特性成為近年的研究熱點(diǎn)［5-6］.首先，鋰電池進(jìn)行恒流（constant current，CC）充電，恒流充電模式下電池等效負(fù)載上的充電電流幾乎不變，充電電壓不斷增加，當(dāng)電池等效負(fù)載的電壓達(dá)到鋰電池的閾值電壓時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為恒壓（constant voltage，CV）充電.該充電模式下電池等效負(fù)載上的電壓幾乎不變，電流不斷減小，經(jīng)過一段時(shí)間小電流充電后電流減小至零，整個(gè)充電過程結(jié)束.在鋰電池充電過程中電池的等效電阻不斷變大［7-8］.因此找到適合鋰電池的充電方法對(duì)延長(zhǎng)電池壽命和推動(dòng)WPT技術(shù)發(fā)展具有重要意義.

目前WPT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒流或恒壓輸出的方式主要分為兩類.第一類采用較為復(fù)雜的閉環(huán)控制，在發(fā)射側(cè)或者接收側(cè)采用額外的DC-DC變換器、調(diào)節(jié)逆變器的基波電壓、調(diào)頻實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒流或者恒壓輸出.這類方法需要建立發(fā)射側(cè)和接收側(cè)之間的通信，通過算法調(diào)節(jié)輸出電流電壓.并且，這類方法控制程序復(fù)雜，通信的時(shí)延不適用于高頻電路.第二類采用補(bǔ)償拓?fù)涞姆椒?，即WPT系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)串聯(lián)（series-series，S-S）類型.此類方法具備恒流或恒壓的輸出特性［9］.文獻(xiàn)［10］提出了一種基于移相全橋逆變器移相控制的方式，通過控制逆變器來輸出恒定的電流或電壓.文獻(xiàn)［11-12］通過逆變器的變頻控制方式輸出恒定電流或電壓，這種方式增加了復(fù)雜的控制和通信.調(diào)頻的方式在負(fù)載增大的過程中可能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)頻率點(diǎn)符合條件的情況［13］，與移相控制相同，調(diào)頻控制WPT系統(tǒng)發(fā)射側(cè)和接收側(cè)之間也需要通信鏈路.文獻(xiàn)［14］要求輸入電源為

收稿日期：2022-12-09;修回日期：2023-08-09.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（61627818）.

作者簡(jiǎn)介：郭彩霞（1979-），女，河南商丘人，河南師范大學(xué)副教授，博士，研究方向?yàn)橹悄芸刂葡到y(tǒng)，E-mail：guocaixia@htu.edu.cn.

通信作者：張志俊，E-mail：1751575025@qq.com.

引用本文：郭彩霞，張志俊，李陽陽.基于接收側(cè)變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)暮懔骱銐簾o線充電系統(tǒng)［J］.河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，52（3）：25-32.（Guo Caixia，Zhang Zhijun，Li Yangyang.Constant current and constant voltage wireless charging system based on variable structure compensation on the receiving side［J］.Journal of Henan Normal University（Natural Science Edition），2024，52（3）：25-32.DOI：10.16366/j.cnki.1000-2367.2022.12.09.0001.）

電流源，并且電路中有四階補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且極板之間存在高感應(yīng)電場(chǎng)，誤觸會(huì)引起危險(xiǎn).文獻(xiàn)［15-16］根據(jù)T型網(wǎng)絡(luò)和F型網(wǎng)絡(luò)的基本特性提出了一種基于發(fā)射側(cè)T/F變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，雖然WPT系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)恒流恒壓輸出和運(yùn)行在零相角（zero phase angle，ZPA）狀態(tài)，然而發(fā)射側(cè)開關(guān)較多.文獻(xiàn)［17-18］所提出的變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)不僅系統(tǒng)發(fā)射側(cè)和接收側(cè)結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜，而且也未考慮恒壓恒流之間的切換.

綜上所述，改變補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程和實(shí)現(xiàn)恒流恒壓輸出的同時(shí)，應(yīng)盡量減少開關(guān)的數(shù)量，并且消除電路中的無功功率.本文在S-S補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，研究了一種接收端變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，通過附加2個(gè)補(bǔ)償電容和2個(gè)補(bǔ)償電感，實(shí)現(xiàn)不同補(bǔ)償結(jié)構(gòu)配置，從而在改變系統(tǒng)恒流恒壓輸出特性的同時(shí)，減少無功功率.為了實(shí)現(xiàn)恒壓充電和恒流充電的平滑過渡，對(duì)補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，通過施密特觸發(fā)器作為恒壓恒流輸出的切換開關(guān)，該工作簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制難度，使系統(tǒng)擺脫了對(duì)通信的依賴，對(duì)推動(dòng)WPT技術(shù)用于鋰電池的充電具有積極意義.

1? 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)原理分析

WPT系統(tǒng)的基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中S-S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)具有無源元件少的優(yōu)勢(shì)，因此本文在S-S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了接收端π/T型變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò).S-S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的等效電路圖如圖1所示.圖1中的Iin和Vin分別為激勵(lì)電流和激勵(lì)電壓，S-S諧振槽中補(bǔ)償電容分別為Cp和Cs，線圈輸入電流為Ip和Is，等效電感為L(zhǎng)p和Ls，系統(tǒng)等效電池等效電阻為Ro，M和ω分別為耦合線圈互感系數(shù)和角頻率，電池等效電阻上的電流和電壓為Io和Vo.不考慮電源損耗和線圈損耗的情況下，S-S補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)分為恒流輸出模式和恒壓輸出模式.

在S-S諧振槽接收側(cè)和負(fù)載等效電阻斷開級(jí)聯(lián)后，在兩者之間增加一個(gè)變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò).根據(jù)變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和電池等效電阻的增益就可以計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的增益，當(dāng)S-S諧振槽接收側(cè)和負(fù)載等效電阻處于諧振狀態(tài)時(shí)可得系統(tǒng)的增益HVI=IoVin=ωM.當(dāng)系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)時(shí)，由基爾霍夫電壓定律（Kirchhoff's voltage law，KVL）可得出系統(tǒng)的電流增益HVI=IoVin=1ωM，（1）

其中，Io和Vin分別為輸出電流和輸入電壓.在S-S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)下，當(dāng)電壓源或電流源作為S-S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入電源時(shí)，在固定互感和角頻率參數(shù)不變的條件下，實(shí)現(xiàn)輸出電流電壓不隨電池等效電阻的大小而變動(dòng).S-S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的輸入電源為電壓源時(shí)，輸出電壓與電池等效負(fù)載無關(guān).系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸出CC和CV模式就需要改變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).無線充電系統(tǒng)中輸入電源類型多為電壓源，因此需要在S-S諧振槽接收側(cè)增加一個(gè)變結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò).改變補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而改變輸入電源類型，滿足電池的CC或CV充電需求.

2? 系統(tǒng)構(gòu)成原理與補(bǔ)償參數(shù)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了接收側(cè)π/T變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，拓?fù)潆娐穲D如圖2所示.整個(gè)系統(tǒng)由直流電壓源Uin、高頻橋式逆變電路、S-S諧振槽、π/T型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、整流二極管VD、濾波電容Cf和鋰電池等效電阻Ro組成.系統(tǒng)通過輔助控制開關(guān)S1和S2的通斷，改變接收側(cè)π/T型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的切換，從而完成CC和CV兩種充電方式.當(dāng)開關(guān)S1和S2同時(shí)閉合時(shí)，組成π型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò).當(dāng)開關(guān)S1和S2同時(shí)斷開時(shí)，組成T型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò).

2.1? 恒流模式

CC充電模式時(shí)開關(guān)S1和S2閉合，補(bǔ)償電容C2被短路，接收側(cè)為π型補(bǔ)償補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，等效電路圖3所示.接收側(cè)整流濾波電路折合的等效電阻為Req，等效電阻兩端的電壓為UR，接收側(cè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)各支路上的電流為I2，I3和I4.

根據(jù)KVL定律，可以得出

（jωLp+1jωC1）1-jωM2=p，

（jωLS+1jωCS+jωL1）2-jωM1-jωL13=0，

-jωL12+（jωL1+jωL2+1jωC1）3-1jωC14=0，

（Req+1jωC1）4-1jωC13=0，

（2）

其中，Req為整流電路的等效負(fù)載且Req=π28RB.CP與LP以及M滿足

ω=（（Lp-M）Cp）-12=（（LS-M）CS）-12.（3）

S-S諧振槽中原邊線圈漏感（LP-M）的感抗等于補(bǔ)償電容CP產(chǎn)生的容抗，副邊線圈漏感的感抗也等于補(bǔ)償電容CS產(chǎn)生的容抗.接收側(cè)LS，CS，L1，L2，C1以及M滿足

jω（LS-M）+（jωCS）-1+jωL1+jωL2+（jωC1）-1=0.（4）

將式（3）和式（4）帶入式（2）可以得出鋰電池的等效負(fù)載的電流關(guān)系

4=MjωL1L2（1+L2L1-ωC1）P，（5）

電流增益gπ=4I1，互阻增益Zin=P1=ωL1L2M-ω3MReqC21+jω2MC1，恒流模式時(shí)，整個(gè)WPT系統(tǒng)阻抗呈阻性且實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)狀態(tài)（zero voltage switch，ZVS）.

2.2? 恒壓模式

當(dāng)開關(guān)S1和S2斷開時(shí)，WPT系統(tǒng)處于CV充電模式，此時(shí)充電模式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示.整個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可看成S-S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和T型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)組成.接收側(cè)整流和濾波電路折合的等效電阻為Req.UR為接收側(cè)整流和濾波電路折合的等效電阻兩端的電壓，I2和I3分別CV模式各支路電流.

根據(jù)KVL定律，CV模式下等效電路方程為

（jωLp+（jωC1）-1）1-jωM2=P，

（jωLS+（jωC1）-1+jωL2+（jωC1）-1）2-（jωC1）-13=P，

（jωC1）-12-（jωC1）-13=3（（jωC2）-1+Req）.（6）

S-S諧振槽中原邊線圈漏感的感抗等于補(bǔ)償電容CP產(chǎn)生的容抗，副邊線圈漏感的感抗也等于補(bǔ)償電容CS產(chǎn)生的容抗.LS，CS，L1，C1，C2以及M滿足關(guān)系式

UR=MI1Req（（jωL2+（jωC1）-1）Req+jωL2（jωC1）-1+L22C1-（ω2C1C2）-1）C1.（7）

為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載上的電壓或電流不受負(fù)載大小的影響，需要在式（6）中消除負(fù)載Req，應(yīng)使jω（LS-M）+（jωCS）-1+jωL2+（jωC1）-1+（jωC2）-1=0，UR=jMI1/（ωL2C1+1）.WPT系統(tǒng)在恒壓模式下充電需要很長(zhǎng)時(shí)間，因此在恒壓模式中保持高效充電非常重要.為了提高系統(tǒng)在恒壓充電時(shí)的效率和減少無功功率，互感M與補(bǔ)償電容C1滿足如下關(guān)系：ω2MC1-1=0.系統(tǒng)工作在純阻性和零電壓相角狀態(tài)，無功功率損耗較少，WPT系統(tǒng)的輸入阻抗Zin=P/1=Req.

2.3? 恒流恒壓切換電路設(shè)計(jì)

鋰電池的恒流過程中，電池電壓不斷上升，充電電流幾乎不變，負(fù)載等效電阻增大.充電電壓上升到電池的閾值電壓時(shí)，通過開關(guān)動(dòng)作使得系統(tǒng)接收側(cè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從π型切換至T型，此時(shí)由恒流充電模式進(jìn)入恒壓充電模式.系統(tǒng)進(jìn)入恒壓充電模式后，充電電流逐漸減小，充電電壓保持與閾值電壓相同，當(dāng)充電電流減小直至零時(shí)充電過程結(jié)束.充電過程中電池等效電阻上電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)，施密特觸發(fā)器動(dòng)作，最后觸發(fā)控制由DSP控制器完成，此刻閉合開關(guān)S1和S2即可實(shí)現(xiàn)模式的平滑過渡.系統(tǒng)切換電路的控制原理示意圖見圖5.

3? 仿真分析驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文所提出的π/T型接收側(cè)變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)恒流恒壓無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性，參照?qǐng)D5所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建Simulink仿真模型，電路參數(shù)見附錄表S1.電池等效電阻RB選取范圍為5～400 Ω.首先通過確定恒流或恒壓充電模式，改變電池等效電阻RB，得出副邊接收端和負(fù)載輸出的電流、電壓波形，驗(yàn)證系統(tǒng)的恒流恒壓輸出和ZPA特性.

仿真結(jié)果如下.為驗(yàn)證WPT系統(tǒng)的恒流恒壓無線充電系統(tǒng)在不同大小的負(fù)載情況和參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性，分別對(duì)π/T型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)下不同大小電池等效電阻的恒流恒壓充電進(jìn)行仿真分析，其中vin和iin為S-S諧振槽輸入側(cè)的電壓和電流，VB和IB為電池等效負(fù)載上的電壓和電流.WPT系統(tǒng)工作在恒流充電模式時(shí)，此時(shí)接收側(cè)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)為π型補(bǔ)償，電池等效電阻RB為5 Ω，S-S諧振槽原邊和電池等效電阻上的輸出電流和電壓波形（見圖6（a））相位相同.當(dāng)電池等效電阻RB逐漸增大時(shí)，S-S諧振槽原邊和電池等效電阻上的輸出電流和電壓波形（見圖6（b））相位相同.電池等效負(fù)載上電壓等于閾值電壓時(shí)，WPT系統(tǒng)切換至恒壓充電模式時(shí)，此時(shí)接收側(cè)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)變?yōu)門型補(bǔ)償，電池等效電阻RB為40 Ω，S-S諧振槽原邊和電池等效負(fù)載上的電流和電壓波形（見圖6（c））相位相同.當(dāng)電池等效負(fù)載電阻RB繼續(xù)增大時(shí)，系統(tǒng)的輸入輸出損耗也隨之增大，電池等效負(fù)載上的電流將減小，輸出電壓不變（見圖6（d））.在電阻RB變大時(shí)，由圖6可知，兩種充電模式下，電壓vin和電流iin同相，即WPT系統(tǒng)處于ZPA狀態(tài).

充電過程中鋰電池等效電阻RB從5～400 Ω的變化，因?yàn)殇囯姵氐牡刃ж?fù)載變化范圍較大，所以橫軸取等效電阻RB的對(duì)數(shù)值lg（RB/Ω）.從圖7（a）可知，兩種充電模式切換時(shí)刻為電池等效電阻達(dá)到40 Ω，的電池電壓VB=100 V，負(fù)載電流為2.06 A，仿真結(jié)果與計(jì)算的理論值2.12 A較吻合.理論計(jì)算誤差與仿真中逆變電路、整流電路、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和線圈電阻等因素有關(guān).

WPT系統(tǒng)的電池充電效率曲線如圖7（b）所示.首先在恒流充電下，系統(tǒng)效率隨著電池等效電阻的增大而增大.系統(tǒng)效率達(dá)到93.74%時(shí)切換至恒壓充電模式，此時(shí)系統(tǒng)的輸出功率最高，為201 W，隨著電池等效電阻的繼續(xù)增大，輸出電壓不變，輸出電流減小，輸出功率減小.逆變電路、整流電路、發(fā)射接收電路、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的損耗增加，所以系統(tǒng)效率逐漸下降.當(dāng)輸出功率低于25 W時(shí)，系統(tǒng)效率下降到20%以下.

4? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1? 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

為了驗(yàn)證本文所提出的基于接收側(cè)變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償參數(shù)的正確性，建立了一個(gè)輸出2 A/50 V的實(shí)驗(yàn)樣機(jī).實(shí)驗(yàn)設(shè)置的電路圖見圖5.系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由示波器、50 V直流電源、逆變器驅(qū)動(dòng)電路、拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)、發(fā)射線圈、接收線圈、整流濾波器、負(fù)載電阻、電壓傳感器、DSP控制器構(gòu)成.發(fā)射側(cè)逆變電路由4個(gè)型號(hào)為IRFP250N的MOSFET管組成，所提出的切換方法在DSP28335開發(fā)板中實(shí)現(xiàn)，逆變器驅(qū)動(dòng)電路頻率設(shè)置為118 kHz.實(shí)驗(yàn)選用不同規(guī)格電阻等效鋰電池負(fù)載RB.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)見附錄圖S1.附錄表S2為 WPT系統(tǒng)電路測(cè)試參數(shù)，與表S1的理論電路參數(shù)略有不同.

4.2? 實(shí)驗(yàn)波形

系統(tǒng)工作在π型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)下，此時(shí)系統(tǒng)處于恒流充電模式.分別對(duì)5 Ω和40 Ω的負(fù)載電阻進(jìn)行恒流充電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)波形如圖8所示.在此充電模式下，當(dāng)電池等效電阻RB逐漸增大時(shí)，充電電流保持不變，充電電壓逐漸增大.不同時(shí)刻，充電電壓電流保持同一相位，即整個(gè)恒流充電過程中電路呈ZPA特性.

電池等效負(fù)載上電壓等于閾值電壓時(shí)，WPT系統(tǒng)切換至恒壓充電模式時(shí)，此時(shí)接收側(cè)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)變?yōu)門型補(bǔ)償，系統(tǒng)切換為恒壓充電模式.電池等效電阻在40～400 Ω時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓VB=100 V，負(fù)載電流逐漸減小（見圖9）.

通過實(shí)驗(yàn)可以看出在恒流充電模式下，恒壓模式和恒流模式切換時(shí)，輸出電壓VB和輸出電流IB波動(dòng)較小，系統(tǒng)效率隨著電池等效電阻的增大而增大.系統(tǒng)效率達(dá)到92.5%時(shí)切換至恒壓充電模式，此時(shí)系統(tǒng)的輸出功率最高，為201 W，隨著電池等效電阻的繼續(xù)增大，輸出電壓不變，輸出電流減小，輸出功率減小.整個(gè)WPT系統(tǒng)損耗增加，所以系統(tǒng)效率逐漸下降.

5? 結(jié)? 論

本文設(shè)計(jì)的無線充電系統(tǒng)是在S-S補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上改變接收側(cè)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)WPT系統(tǒng)的恒流恒壓輸出.在恒流充電模式和恒壓充電模式下可以實(shí)現(xiàn)ZVS和ZPA.該系統(tǒng)能在5～400 Ω的負(fù)載下實(shí)現(xiàn)恒流恒壓輸出和恒流恒壓兩種充電模式的自動(dòng)切換，恒壓充電最大充電效率可達(dá)到92.5%，最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性.

附錄見電子版（DOI：10.16366/j.cnki.1000-2367.2022.12.09.0001）.

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Constant current and constant voltage wireless charging system based on variable structure compensation on the receiving side

Guo Caixia， Zhang Zhijun， Li Yangyang

（College of Electronic and Electrical Engineering; Academician Workstation of Henan Electromagnetic Wave Engineering， Henan Normal University， Xinxiang 453007， China）

Abstract： With the rapid development of radio energy transmission technology， magnetic coupling wireless charging technology is widely used in the field of lithium battery charging. In order to further improve the security and charging efficiency of the wireless charging system， this paper designs a constant current and constant voltage wireless charging system based on the π/T variable structure compensation network on the receiving side on the basis of the series-series（S-S）compensation network. The models of constant current and constant voltage charging are established respectively by using equivalent circuits. The topology of the receiving side is changed by adding capacitors， inductors and switches to achieve stable current and voltage output of the wireless charging system. The structure does not need complicated control and communication between the primary side and secondary side with almost no reactive power output. DSP controller is used as the switching controller of constant current and constant voltage output. Finally， the accuracy of constant current and constant voltage output characteristics and parameter design of π/T variable structure compensation network based on the receiving side is verified by simulation.

Keywords： wireless power transfer; magnetic coupling; constant voltage; constant current; variable structure compensation

［責(zé)任編校? 楊浦? 劉洋］

附? 錄