基于LC補償的單開關ECPT系統研究
2022年電子技術應用第7期
牟憲民1，李佳霖1，郭驥巍1，彭峰華2
1.大連理工大學 電氣工程學院，遼寧 大連116024；2.國網湖南省電力有限公司，湖南 長沙410004
摘要： 單開關DC-DC變流器的電場耦合式無線電能傳輸系統可以提高系統的工作頻率，但開關管承受的截止電壓很高。提出了一種使用LC補償網絡的單開關Buck-Boost電場耦合的無線電能傳輸系統，引入的LC補償網絡可以降低開關管的電壓應力。另一方面，一定程度上減小了輸出受負載變化的影響。同時，變流器等效工作在電流源模式，耦合電容較小時可以有效地傳輸功率。且電路能夠實現軟開關，電路的控制更加容易和安全。仿真和實驗結果表明了理論分析的有效性。
中圖分類號： TM92
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212059
中文引用格式： 牟憲民，李佳霖，郭驥巍，等. 基于LC補償的單開關ECPT系統研究[J].電子技術應用，2022，48(7)：124-130.
英文引用格式： Mu Xianmin，Li Jialin，Guo Jiwei，et al. Research on single switch ECPT system based on LC compensation[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：124-130.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212059
中文引用格式： 牟憲民，李佳霖，郭驥巍，等. 基于LC補償的單開關ECPT系統研究[J].電子技術應用，2022，48(7)：124-130.
英文引用格式： Mu Xianmin，Li Jialin，Guo Jiwei，et al. Research on single switch ECPT system based on LC compensation[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：124-130.
Research on single switch ECPT system based on LC compensation
Mu Xianmin1，Li Jialin1，Guo Jiwei1，Peng Fenghua2
1.School of Electrical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China； 2.State Grid Hunan Electric Power Company Limited，Changsha 410004，China
Abstract： The electrical capacitive power transfer(ECPT) system of a single-switch DC-DC converter can increase the operating frequency of the system, but the switching tube is subjected to a high cut-off voltage. This paper proposes a single-switch Buck-Boost radio energy transmission system using LC compensation network. The introduced LC compensation network can reduce the voltage stress of the switching tube. On the other hand, the output is somewhat affected by load changes. At the same time, the converter works in the current source mode, and the coupling power can be used to transmit power efficiently. And the circuit can realize soft switching, and the control of the circuit is easier and safer. Simulation and experimental results show the validity of theoretical analysis.
Key words : single switch；LC compensation；capacitive couple；wireless power transfer；soft switching
0 引言
相比于磁場式無線電能傳輸技術，電場耦合式無線電能傳輸(Electrical Capacitive Power Transfer，ECPT)系統不存在渦流損耗，效率更高，因而得到了廣泛的關注[1-3]。ECPT系統利用耦合金屬板間的高頻電場傳輸能量，結構如圖1所示，包括高頻電源、補償網絡、耦合機構、整流電路和負載等幾部分[4-5]。
ECPT系統的發射電源一般使用橋式逆變器，當系統工作在高頻時，驅動電路很難滿足同一橋臂兩個開關管的死區時間。發射端和輸出橋式整流電路各需要4個半導體二極管，數目很多，開關損耗較大[6-7]。
變流器包含較多開關元件、使其柵極驅動變得復雜，電路板布局不易實現。這些特性通常會導致更高的成本和更低的可靠性，特別是對于大功率的應用時更加明顯。
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作者信息：
牟憲民1，李佳霖1，郭驥巍1，彭峰華2
(1.大連理工大學 電氣工程學院，遼寧 大連116024；2.國網湖南省電力有限公司，湖南 長沙410004)
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