磁諧振無線電能傳輸負載自適應阻抗匹配研究

白敬彩，范崢，王國柱，杜志勇

(河南工學院 電氣工程與自動化學院，河南 新鄉 453003)

0 引言

無線電能傳輸(Wireless Power Transfer，WPT)是一種不通過直接物理接觸向電子設備供電的新型電能傳輸方式[1]。無線電能傳輸技術可以分為感應式、微波式和磁諧振式3種[2]。作為WPT技術的一種新突破，磁諧振無線電能傳輸(Magnetic Resonant Wireless Power Transfer，MR-WPT)技術可利用近場電磁場進行能量交換，是一種非輻射性、高效、中距離輸電的新型技術[3-4]。為使 MR-WPT系統始終維持最高效率傳輸，需將等效負載調節到最優負載，即進行負載阻抗匹配。阻抗匹配是MR-WPT電路設計中常見的一種方法，用以提高MR-WPT系統的電能傳輸效率[5-6]。文獻[7]研究了含有阻抗匹配器的MR-WPT模型，通過仿真驗證了在相同的條件下引入阻抗匹配器可有效提高MR-WPT負載功率。文獻[8]對MR-WPT系統在電路和系統兩個層面的效率進行了詳細的分析,提出了一種阻抗匹配方法，并得出了系統處于最優負載阻抗時可獲得最大的整體效率，但該方法是交流側的阻抗匹配，需增加多個無源器件。文獻[9-10]提出了一種電容陣列的調諧方法，通過改變電容矩陣中串聯電容器和并聯電容器的組合實現了動態MR-WPT系統的精確調諧，但該方法使用了過多的電容陣列，控制系數設計比較復雜。文獻[11]針對輸入阻抗與射頻內阻不匹配而引起輸出功率下降的問題，提出了一種基于 Smith圓圖理論的阻抗匹配方法，通過調節歸一化電阻變量實現系統的阻抗匹配，但該方法是基于交流側的阻抗匹配方法，不能對負載進行自適應調節，具有一定的局限性。……