基于电容阵列的非接触电能传输系统输出控制方法设计

摘要

近20年来，随着感应耦合电能传输(ICPT)这种新型的电能传输技术的出现，引起了电能传输领域的广泛关注，其应用前景也越来越广阔。
　　 本文以国家自然科学基金项目以及重庆市科技攻关项目为依托，简述了ICPT技术的优势及其发展现状、发展趋势和应用前景。针对ICPT系统输出在未采取任何措施的情况下容易受到外界各种因素影响，存在电压不稳的问题，不但引起次级回路输出电压的跳变，使输出电压不能稳定，而且初级回路的逆变器将会出现大的环流，从而使电路的传输功率降低，这已经不能与现代用电设备的要求和电力电子技术的发展相适应。需要对影响ICPT输出的因素进行分析，研究可靠的系统输出控制方法，提高系统输出电压的稳定性，保证在各种恶劣条件下为用电设备提供可靠的电能。
　　 本文首先介绍了ICPT系统结构及工作原理，分析了各种系统参数变化对输出电压的影响，提出对副边谐振电容值进行动态调节的稳压控制策略，设计了一种基于电容阵列的可调电容电路，给出了以FPGA为控制芯片的输出稳压系统的具体设计方法，然后做了相关的仿真分析验证稳压策略的可行性。最后，基于FPGA平台搭建了控制系统所需的可调电容阵列电路、检测电路、驱动电路和逆变器主电路，对所做的理论分析和仿真结果进行实验验证。实验结果表明，这种方法可有效实现次级回路输出电压的稳定。但由于可调电容阵列的电容值具有离散性，使得输出电压幅值存在纹波。
　　 论文中所用的可调电容阵列控制方法和实验数据，对ICPT系统输出控制方法的设计研究具有一定的参考价值和实用意义。