ICPT系統接收端穩壓控制策略研究

張藤+李良光+王育寶

摘 要：針對現有的ICPT（Inductively Coupled Power Transfer Technology）系統中幾種不同的接收端穩壓控制策略，提出了一種更為優化的穩壓控制策略：發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壓輸出的效果。

關鍵詞：動態負載；穩壓；恒流恒壓控制

無線傳輸系統中的接收端穩壓控制問題一直是動態負載系統研究的熱點，根據這一問題提出了通過控制發射端的電流電壓來控制接收端電壓穩定的研究新策略，通過MATLAB/Simulink的仿真和實驗驗證了穩壓的可行性。

1 ICPT系統的工作原理

無線充電器的工作原理是利用法拉第電磁感應原理，當有電流通過線圈后，就會產生磁場，產生的磁場又會形成電壓，有了電壓之后就會產生電流，從而有了電流便可以對電池進行充電。

ICPT系統的工作原理結構框圖如圖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，主電路模塊包括發射端和接收端。控制模塊包括信息采集單元、主控制板以及驅動電路。控制模塊主要用于發射端恒流恒壓控制：動態負載的變動就會引起輸出電壓的不穩定，通過采集發射端的電流電壓輸送到主控制板進行相關處理得到控制逆變電橋的開關控制信號，驅動開關逆變電橋的開通與關斷。此種控制電路省去了在接收端進行穩壓的麻煩，簡單、安全、準確。

2 恒流恒壓控制策略

無線傳輸系統的關鍵組成部分——松耦合變壓器，有兩個相互獨立的電感線圈繞制而成。發送端與接收端通過磁場耦合的形式傳送能量，因此在ICPT系統中，電容補償是提高傳輸功率必不可少的部分，一般在發射和接受端的電感上串聯或者并聯電容，用以補償電感線圈的無功損耗，使其工作在諧振狀態，為了減小電感無功損耗而提高傳輸功率，本實驗主要討論SP型的拓撲結構如圖2。

圖2 SP型電容補償等效電路

US是激勵源，RP、RS為發射端線圈和接收端線圈等效內阻，LP 、LS為發射端線圈和接收端線圈電感，CP、CS為對應諧振補償電容，IP、IS為原副邊電感電流有效值，RL為等效負載，M為互感。

一般ICPT系統的諧振頻率ω較高，在計算過程中RS遠遠小于感抗ωLs，即：

RS<<ωLs

所以RS在電路分析過程中可以忽略不計。

副邊諧振補償電容CS的選取需滿足：

系統接收端電路的總阻抗為ZS，發射端電路的總阻抗為ZP，接收端等效到發射端的引入阻抗為Zr，系統的總阻抗為ZT，則各個阻抗的計算如下所示：

根據以上可以推斷出發射端電壓VP與接收端電壓V0和電流IP的關系如下所示

在接收端負載開路和接收端接入負載兩種情況下可計算出Zr的值，由于系統在運行前各種參數都是測量好的，只有互感M是隨著負載的接入而變化的，故由公式3可得出M的值，M得出后，V0只與VP或者IP有關，通過控制占空比就可調整VP和IP。

3 ICPT系統的仿真

利用MATLAB/Simulink進行實驗仿真，仿真驗證了輸出電壓的穩定性。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 結論

通過理論分析和MATLAB/Simulink仿真以及實驗驗證了基于發射端恒流恒壓控制策略的可行性，在負載增加或減少時不影響輸出電壓穩定性。

參考文獻

[1]孫躍，祝兵權，戴欣.CPT系統輸出電壓主動控制技術[J].電源技術，2011（1）：76-78.

[2]林寧，姚纓英.恒壓輸出的無線電能傳輸系統設計[J].電力電子技術，201（2）：86-88.

[3]耿其煒，宋宇飛，陳耀.一種使用H 橋和多諧振蕩的無線充電器設計[J].南京工程學院學報，2014，12（4）：4-9.

作者簡介

張藤（1990―），女，碩士研究生，山東濟寧人，主要研究方向：開關電源，無線充電。