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分段式导轨无线供电系统拾取端稳压技术研究

Research on The Pick-up Voltage Stabilizing Technology of The Segmented Rail Wireless Power Supply System

【作 者】唐伟

【摘 要】

无线电能传输(Wireless Power TransferWPT)技术凭借其安全、可靠、灵活性高以及对特殊环境的适用性等特点,在医疗器件、电动汽车、采矿机车等应用场合越来越多地被采纳为新的供电方式,已成为近几年最具前景的研究方向之一。

分段式导轨无线供电技术是无线电能传输技术研究领域近几年发展起来的新兴技术,其主要应用于用电设备可沿着指定导轨路线移动的动态无线电能传输系统。相对于集中式导轨无线供电系统,分段式导轨无线供电系统有着传输效率高、电磁干扰小、系统更加稳定等优势,已成为国内外研究热点。

本文对分段式导轨无线供电系统已有技术方案进行分析,针对导轨切换过程中拾取电压波动严重的问题展开研究。对分段式导轨无线供电系统做了简单介绍,并对其相关技术做出分析与研究,包括导轨供电模式、补偿电路拓扑、原边导轨线圈结构、副边拾取线圈结构、位置检测技术。阐述了已有分段式导轨无线供电系统存在的问题:导轨切换过程中,拾取电压波动严重。此情况可能会对副边系统造成严重影响,如增加 DC-DC 环节的控制难度,负载电压不稳等。分析了副边拾取电压波动的原因,并且说明了已有方案中所解决的和遗留的问题。通过对补偿电路能量交替过程中谐振电流波形的进一步分析与研究,提出新的解决方案。该解决方案对分段式导轨无线供电系统的电路拓扑以及导轨切换控制进行改进,采用单谐振电容拓扑结构和在电流过零点切换导轨的导轨控制方案,实现分段式导轨无线供电系统电能的连续传输,解决了由于原边电流不连续所起其的拾取端电压波动的问题。对频率分叉现象进行了分析与研究,通过对参数设计的约束条件避免由于频率的跳变使副边拾取电压产生变化的可能性。对所提出的单谐振电容分段式导轨无线供电系统进行系统设计,包括软开关工作点的分析,电流过零点精确检测电路设计,导轨切换开关的选取及其驱动电路设计,以及导轨切换过程的软件设计。

为了验证理论的正确性,基于单谐振电容分段式导轨无线供电系统电路拓扑在 MATLAB/SIMULINK 仿真平台搭建了仿真模型,通过仿真验证了理论的正确性。最后,搭建了实验装置通过实验验证了仿真与理论的正确性。

【关键词】无线电能传输,导轨切换,拾取端稳压,电流过零检测,频率分叉

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