基于LC补偿的单开关ECPT系统研究
2022年电子技术应用第7期
牟宪民1，李佳霖1，郭骥巍1，彭峰华2
1.大连理工大学 电气工程学院，辽宁 大连116024；2.国网湖南省电力有限公司，湖南 长沙410004
摘要： 单开关DC-DC变流器的电场耦合式无线电能传输系统可以提高系统的工作频率，但开关管承受的截止电压很高。提出了一种使用LC补偿网络的单开关Buck-Boost电场耦合的无线电能传输系统，引入的LC补偿网络可以降低开关管的电压应力。另一方面，一定程度上减小了输出受负载变化的影响。同时，变流器等效工作在电流源模式，耦合电容较小时可以有效地传输功率。且电路能够实现软开关，电路的控制更加容易和安全。仿真和实验结果表明了理论分析的有效性。
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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