变负载电流型IPT系统输出稳定性研究

摘要

感应电能传输(Inductive power transfer, IPT)技术因其安全、灵活、环境适应能力强等优点，成为人们日益青睐的供电方式，其中，输出稳定性作为IPT的一项重要性能指标也是国内外学者的重要研究方向。本文针对电流型IPT系统负载变化时输出电压的稳定性问题，提出一种基于恒定跨阻特性的原边控制方法。以电流型IPT系统采用并并(PP)和并串(PS)补偿为研究对象，建立其互感等效电路并进行分析，推导出在特定工作条件下该拓扑具有的恒定跨阻特性。接着，进一步分析了两种补偿谐振网络的效率特性，优化谐振网络参数使系统恒定跨阻频率为效率最优频率，并在特定参数下比较两种补偿谐振网络的效率，为实际系统补偿方式选择和谐振网络参数设计提供依据。
　　优化IPT重要组成部分:非接触变压器，给出优化后的非接触变压器电感参数的两种计算方法，并通过实验验证两种计算方法的有效性。利用新的计算方法，研究了相关参数对非接触变压器电感的影响。
　　新型控制方法需要保持原边输入直流母线电流恒定，因此在传统电流型感应电能传输拓扑中加入恒流控制系统，并阐述了恒流控制原理。综合上文理论分析提出了在给定条件下，基于新型控制方法并结合优化后非接触变压器参数计算方法的IPT系统综合设计方法。
　　最后，对依据本文方法设计所得的PP和PS补偿系统在cadence软件中建模仿真验证，并设计样机实验验证。仿真结果和实验结果均与理论分析良好吻合，说明了论文所提控制方法和参数设计方法的正确性和有效性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 IPT系统基本结构和原理

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 课题研究的目的和意义

1．5 论文主要工作

第二章 电流型IPT系统原理与特性分析

2．1 电流型IPT系统结构及其工作原理

2．1．1 电流型IPT系统工作原理

2．2 电流型IPT系统恒定跨阻特性分析

2．2．1 PP补偿恒定跨阻特性分析

2．2．2 PS补偿恒定跨阻特性分析

2．3 电流型IPT系统谐振网络效率特性分析

2．3．1 PP谐振网络效率特性分析

2．3．2 PS谐振网络效率特性分析

2．3．3 补偿方式的对比选择

2．4 小结

第三章 非接触变压器参数计算

3．1 非接触变压器结构

3．2 非接触变压器参数理论计算

3．2．1 自感分析

3．2．2 互感分析

3．2．3 电感参数数值计算

3．3 非接触变压器有限元仿真及参数计算

3．3．1 非接触变压器的三维有限元仿真

3．3．2 有限元仿真结果与理论计算结果对比

3．3．3 相关参数对非接触变压器电感参数的影响

3．4 实测验证

3．5 小结

第四章 新型输出恒压控制方法分析与设计

4．1 原边恒流控制系统原理

4．1．1 峰值电流控制原理

4．1．2 峰值电流控制稳定性问题

4．2 IPT系统综合设计方法

4．3 小结

第五章 仿真研究

5．1 仿真软件简介

5．2 峰值电流控制电路仿真模型

5．3 完整系统仿真模型及仿真结果

5．4 小结

第六章 实验研究

6．1 主控芯片选型及相关参数配置

6．2 驱动芯片选型及相关参数配置

6．3 主电路功率器件选型

6．4 直流输入滤波电感设计

6．5 实验结果与分析

6．6 小结

第七章 总结与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况