《電子技術(shù)應(yīng)用》
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無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)基于Buck-Boost拓?fù)涞淖畲蠊β蕚鬏斞芯?
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第10期
王喜升1，侯鈺慧2，郭波超2，崔振宇2，田子建2，王文清3
1.中煤信息技術(shù)(北京)有限公司，北京100029； 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京100083；3.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100042
摘要： 近年來(lái)，無(wú)線電能傳輸(WPT)技術(shù)迅速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于消費(fèi)領(lǐng)域。影響無(wú)線電能系統(tǒng)傳輸效率有諸多因素，如負(fù)載變化、線圈偏移、頻率分裂等。為解決接收端負(fù)載變化引起系統(tǒng)傳輸效率降低的問(wèn)題，在接收端串入Buck-Boost電路拓?fù)?，并建立WPT系統(tǒng)電路數(shù)學(xué)模型以及線圈偏移模型，推導(dǎo)線圈偏移互感關(guān)系式，最后通過(guò)仿真得到線圈同軸模型系統(tǒng)和線圈偏移模型系統(tǒng)傳輸功率與占空比對(duì)應(yīng)的關(guān)系圖。仿真結(jié)果表明調(diào)節(jié)Buck-Boost電路占空比可保證負(fù)載變化時(shí)線圈同軸模型系統(tǒng)和線圈偏移模型系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最大傳輸功率，證明串入Buck-Boost電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可降低負(fù)載變化對(duì)傳輸效率的影響。
中圖分類(lèi)號(hào)： TN81
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222578
中文引用格式： 王喜升，侯鈺慧，郭波超，等. 無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)基于Buck-Boost拓?fù)涞淖畲蠊β蕚鬏斞芯縖J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(10)：129-134.
英文引用格式： Wang Xisheng，Hou Yuhui，Guo Bochao，et al. Research on maximum power transfer of wireless power transfer system based on buck-boost topology[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(10)：129-134.
Research on maximum power transfer of wireless power transfer system based on buck-boost topology
Wang Xisheng1，Hou Yuhui2，Guo Bochao2，Cui Zhenyu2，Tian Zijian2，Wang Wenqing3
1.China Coal Information Technology(Beijing) Co.，Ltd.，Beijing 100029，China； 2.School of Mechanical Electronic and Information Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)， Beijing 100083，China； 3.Beijing Polytechnic College，Beijing 100042，China
Abstract： In recent years, wireless power transfer(WPT) technology has developed rapidly and is widely used in the consumer field. There are many factors that affect the transmission efficiency of wireless power systems, such as load variation, coil offset, frequency splitting, etc. In order to solve the problem of reducing the transmission efficiency of the system caused by the load change at the receiving end，in this paper, the buck-boost circuit topology is connected in series at the receiving end, and the mathematical model of the WPT system circuit and the coil offset model are established. Then the mutual inductance relationship of the coil offset is deduced. Finally, the relationship between the transmission power and the duty cycle of the coil coaxial model system and the coil offset model system is obtained through simulation. The simulation results show that adjusting the duty cycle of the buck-boost circuit can ensure that both the coil coaxial model system and the coil offset model system can achieve the maximum transmission power of the system when the load changes. It is proved that the buck-boost circuit topology in series can reduce the influence of load changes on the transmission efficiency.
Key words : wireless power transfer;load variation；offset of the coil；buck-boost；duty cycle

0 引言

    19世紀(jì)90年代初，著名科學(xué)家特斯拉就開(kāi)始了無(wú)線電能傳輸技術(shù)(Wireless Power Transfer，WPT)的研究，并隔空點(diǎn)亮了一盞磷光照明燈[1]。到2006年，MIT的科學(xué)家Marin Soljacic利用無(wú)線電能傳輸技術(shù)在距離2 m處隔空點(diǎn)亮了一盞60 W的燈泡[2-3]。從此，國(guó)內(nèi)外無(wú)數(shù)學(xué)者對(duì)WPT的研究進(jìn)入了高潮期，并將其應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。該技術(shù)作為一種無(wú)接觸充電方式[4]，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)、植入式醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域[5-6]，給人們的生活帶來(lái)了很大的便捷性和安全性。

    隨著電子設(shè)備種類(lèi)的增加，負(fù)載阻抗變化引起系統(tǒng)傳輸效率降低的問(wèn)題成為目前的主要研究方向之一。針對(duì)此問(wèn)題各學(xué)者提出了不同的解決方法，目前有以下兩種解決方法：(1)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，如T型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)[7]、π型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)[8]、LCC型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)[9]、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)阻抗匹配[10]等。雖然采用LCC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以輸出穩(wěn)定電壓，但當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，造成能量的損失。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)阻抗匹配，隨著負(fù)載變化改變阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)解決LCC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，但無(wú)法維持傳輸系統(tǒng)良好的性能。(2)線圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如采用平面方形雙線圈結(jié)構(gòu)[11]、平面圓形雙線圈結(jié)構(gòu)[12]等。有學(xué)者推導(dǎo)出平面方形線圈結(jié)構(gòu)耦合系數(shù)與線圈匝數(shù)及邊長(zhǎng)有關(guān)，因此提出改變線圈參數(shù)提高效率，但實(shí)際應(yīng)用中改變線圈結(jié)構(gòu)較為麻煩。因此本文提出采用一種帶Buck-Boost變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明該結(jié)構(gòu)的適用性。




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作者信息：

王喜升1，侯鈺慧2，郭波超2，崔振宇2，田子建2，王文清3

(1.中煤信息技術(shù)(北京)有限公司，北京100029；

2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京100083；3.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100042)



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