数字家电用无线电力传输电源的研究.pdfVIP

第 33卷 第 l1期 电工 电能 新 技 术 Vo1．33，No．11 2014年 11月 AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergy NOV．2014 数字家电用无线 电力传输 电源的研究 王春芳 ，陈杰民 ，李 聃 ，孙 会 (1．青岛大学 自动化工程学院，山东青岛266071；2．海尔集团技术研发中心，山东青岛266103) 摘要 ：针对无线电力传输系统效率低 、功率因数低的问题 ，设计了一款数字家电用无线电力传输 电 源。该电源的主电路由开关输入 网络、谐振耦合 网络和 高频整流 网络三部分组成。其 中谐振耦合 网络的原、副边线 圈采用 sP补偿法。采用互感模型法对主电路进行 了分析 ，给 出了主 电路 的等效 电路 图。推导了电压增益 ，并给 出了电压增益随谐振 网络参数变化的曲线。制作 了一个额定功率 为 IO00W 的样机 ，采用频率查表模糊控制法对输 出电压进行控制。进行 了效率和功率 因数随原、 副边线 圈位置变化的实验 ，实验结果验证 了该设计方案及控制方法的可行性与有效性 。 关键词 ：家用电器 ；电源；无线电力传输 ；零 电流软开关 中图分类号；TM42；TM46 文献标识码 ：A 文章编号：1003—3076(2014)11—0065-05 模型法 ，对 sP补偿 的 IPT电路进行 了建模 ，分析 1 引言 了不同参数变化对 电压传输特性 的影响；针对谐振 无线电力传输 (InductivePowerTransfer，IPT) 频率分叉的问题 ，在实际控制 中采用频率查表模糊 作为一种时尚、安全的电能传输技术，近几年引起了 控制法来控制工作频率及输 出电压 ，从而简化 了控 人们的广泛关注。该技术 目前仅局限于为手机充电 制电路 ，提高了系统的稳定性。 等小功率应用场合，对于功率较大的家电领域，则尚 2 IPT系统 未有成熟应用。对于 IPrr传输系统来说，其传输线 圈原副边电路相互隔离，电路工作在开环状态，输出 2．1 系统结构 电压较难控制 ，一般在接收端用 DC／DC电路来 系统框图如图 1所示 。系统由半桥逆变 电路 、 稳定输 出电压 ；为了增加系统输 出的有功功率 ， 谐振耦合 电路 、单片机控制电路、辅助电源、显示模 一 般在原边 电路 中增加锁相环 电路 ，从而使线 块和无源射频识别模块组成 。220V交流电经全桥 圈工作在谐振状态。但以上方法也存在一些问题， 整流和电感 (Lj)、电容 (由c 和 c 串联而成 ，见图 一 方面由于在接收端增加 了一级 DC／DC电路 ，从 2)滤波后送给半桥逆变电路的输入端 ，半桥逆变电 而使 !PT系统整体效率显著降低 ，一般只有 50％ ～ 路将高频方波电压输入到谐振耦合 电路 ，再 由谐振 75％左右 ；另一方面谐振网络可能有多个谐振频率 ， 耦合电路将能量传递给负载。 导致谐振频率 出现分叉现象 ，从而使输 出功率 2．2 主 电路参数的设计 和系统稳定性显著降低。为了提高松耦合变压器的 图2为所研究的无线 电力传输系统主 电路原理 传输功率和效率，通常需要给原、副边线圈增加谐振 图。该 电路 由开关输入网络、谐振耦合 网络和高频 补偿电容 。对于原边采用串联补偿和副边采用并联 整流网络三部分组成。谐振耦合网络的原边线圈采 补偿 (简称 SP补偿法)的IPT系统 ，文献 [7]指出谐 用串联 电容 C。补偿 ，副边线 圈采 用并联 电容 C补 振频率的选取对系统传输功率的大小影响不大 ，能 偿 。其 中，c。采用耐流大的