【摘 要】
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无线电能传输技术（Wireless Power Transmission,WPT）,又名非接触传输技术,它能实现在非接触情况下将电能从供电端传送到用电端,免除了电气直接接触,在防水防爆要求高的场合能发挥不俗的作用。当前,WPT技术发展迅猛,特别是磁耦合感应型WPT技术（Magnetic Coupling Inductive Wireless Power Transfer,MC-WPT）,近三十年来
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无线电能传输技术（Wireless Power Transmission,WPT）,又名非接触传输技术,它能实现在非接触情况下将电能从供电端传送到用电端,免除了电气直接接触,在防水防爆要求高的场合能发挥不俗的作用。当前,WPT技术发展迅猛,特别是磁耦合感应型WPT技术（Magnetic Coupling Inductive Wireless Power Transfer,MC-WPT）,近三十年来发展非常迅速,已经成为发展最成熟的WPT技术。对电池充电是MC-WPT的一个很重要的应用场景,MC-WPT已经走进了的生活,包括手机无线充电技术、电动汽车无线充电技术等。然而电池充电并非仅仅需要供给恒定的电压或者恒流,目前应用最广泛的锂电池充电曲线大致为先恒流再恒压的过程。为了实现输出恒压恒流不同阶段充电曲线的适配,目前主要存在调压、拓扑切换、变频等方式。当前应用最多的当属于调压的方式,通用的调压方法是在MC-WPT系统逆变器输入或者整流电路输出添加DC-DC模块的方式调压。但是调压的方式存在控制复杂、调压损耗大、原副边通信等问题,变频又会导致补偿网络失谐降低传输效率。于是本文采用了拓扑切换的方法来匹配电池充电的恒压恒流曲线,该方法具有天然恒压恒流的特性,无需加入复杂的控制系统或者调压环节。同样,传统的切换拓扑主要有原副边变电容参数的形式,但是该方法会导致系统失谐,大大降低系统效率。此外,还有一些诸如LCC-S切双边LCC结构的类型,通过巧妙的运用开关位置,可以减少开关的数量,然而开关的电压应力被忽略,只能在一些低功率应用中使用。为此,本文提出了一种新的LCC-LCC-T拓扑切换恒压恒流结构,用以解决目前拓扑切换恒压恒流功率不够高、失谐切换的问题。本文旨在寻找一种拓扑切换恒压恒流结构,弥补目前恒压恒流系统发展中存在的一些诸如控制复杂、功率小、效率低等问题。文章对MC-WPT各部分组成结构进行了介绍、分析;接着通过交流阻抗分析法对恒压、恒流两种拓扑模式进行了分析,得出了其输入输出关系并分析了其恒压恒流效果;然后对拓扑参数及切换控制电路进行了设计,明确了实验的控制流程;最后,以Matlab/Simulink仿真并验证了该切换拓扑的有效性,搭建实验平台,使本文提出的拓扑切换恒压恒流结构LCC-LCC-T的可行性得到了验证。实验表明了,该拓扑切换结构可以近似适配锂电池的充电特性曲线,同时具有高的负载适配能力,等效负载从5Ω到300Ω都有着优良的恒压恒流表现,且具有较高的传输效率。
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