關于數字家電用無線電力傳輸電源的若干研究

王毅君

【摘要】 無線電力傳輸已經在電力傳輸系統中廣泛應用，但是不可否認的一點就是，無線電力傳輸仍然存在著一定的問題，表現最為明顯的就是功率因數低、電力傳輸效率低等相關問題。針對這類問題產生的結果，不僅影響電力傳輸系統的增場運行操作，還影響用戶的的使用效能。針對這類問題需要設計出一款數字家用無線電力傳輸電源。該電源由開關輸入網絡、、高頻正流網絡以及諧振耦合網絡共同組成。通過這項設計，就能夠避免無線電力傳輸中各種問題的出現。筆者就數字家用無線電力傳輸電源相關情況進行分析。

【關鍵詞】 家用電氣 無線電力傳輸 電源

最近幾年在電力設備逐漸完善的過程中，無線電力傳輸（Inductive Power Transfer，IPT）具有的時尚、安全的特點開始被人們關注。但是該項技術存在的局限性表現在只能為手機充電等效功率應用，針對功率較大的家電領域，目前尚未成熟。對于IPT系統來說，傳輸線圈副邊電路互相隔離，在開環狀態下工作，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電路來穩定輸出電壓的過程中，為增加系統輸出功率，通常都會在原邊電路中增加鎖相環電路，進而促使線圈工作在諧振狀態。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定性。因此，為提高松耦合變壓器傳輸功率與效率，需要對原、副邊線圈增加諧振補償電容。同時需要眼研究出一種新的輸電系統。

一、無線電力傳輸系統

該種系統已經在大范圍領域中開始應用，但是要想進一步了解其中相關情況，就應當對該系統有一個必要的了解。

1.1系統結構

無線電力傳輸系統的結構如圖1所示。系統通常是由半橋逆變電路、單片控制電路、輔助電源、顯示模塊、婺源射頻識別以及諧振耦合電路共同組成220V交流電在經過全橋整流、電感、電容濾波后送達給半橋逆變電路的輸入端，在此過程中，高頻方波電壓就會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載[1]。這是無線電力傳輸系統的組成部分，各個部位都在系統運行中具有重要的作用。

1.2主電路參數設置

無線電路傳輸系統由開關輸入網絡、高頻整流網絡和諧振耦合網絡共同組成。諧振耦合網絡的原邊線圈采用串聯電容Cp補償，副邊線圈采用并聯電容Ca補償。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。在分析主電路的過程中，采用互感模型的方法對主干電路進行分子，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為負載電阻，Re為等效負載，Za為次級回路的等效阻抗，為從輸入端看進去的等效阻抗。通過對圖2所示主電路的等效電路進行建模和分析。通過這樣的分析主電路的電壓變化，就能夠確定諧振網絡元件的參數。

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。在電路穩定的時候，開關主要負責諧振頻率上，此時可完全實現零電流軟開關（ZCS），如果開關的損耗量小，則系統工作的效率就可以達到最高效率，在輸出電壓Uo降低或者增大的時候，電路檢測到諧振電流幅度值法僧改變，相應增大或者縮小來管理工作頻率，以此來穩定電壓Uo[2]。在研究的過程中就會發現，電路工作頻率在鎮邪頻率福建的時候，電路的電壓增益變化就會變得較大。由此可見，如果開關頻率偏執不會超過某一界面，開關管基本工作在ZCS工作狀態的時候。從實驗研究的結果就可以看出，開關頻率在諧振率±5%的范圍內，電壓增益變化就可以達到設計的要求，同時工作效率還就能夠達到滿足84%以上。

二、仿真實驗

通過設計一臺額定功率1000W的數字家用無線電力傳輸電源樣機，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等相關的數據。在實驗設計的過程中，為進一步驗證電源性能，可以分別對電源的功率與功率因素采用實驗進行測定，進而來評價設計的可行性。

三、結語

在實驗研究的過程中，依據數字家用無線電力傳輸電源，就能夠確定1000W左右功率等級的無線電力傳輸系統可以采用的電路結構具有合理性，同時護肝模型對電路進行的等效分析就可以知道參數設計具有可行性。

參 考 文 獻

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

[2]馬皓，孫軒.原副邊串聯補償的電壓型耦合電能傳輸系統設計[J].中國電機工程學報，2012，6（12）：78-79.