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电路与系统|基于磁耦合谐振式的AC/DC功率变换器研究

汉斯出版社

2023-04-10

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导读：

本文设计的无线充电模组利用磁耦合谐振式无线充电原理，采用直流供电方式通过逆变电路转化成所需的交流电，产生高频正弦振荡电流驱动发射线圈，令发射电路处于谐振状态，再通过高频电磁场把能量传递给接收电路，带动接收回路进入谐振，最后通过整流滤波电路为负载提供较为稳定的直流电，由此完成电能的无线传输。本研究主要针对无线充电模组、功率器件驱动、逆变和整流滤波电路进行设计和工作过程分析，使设计的系统整体运行稳定可靠，实现无线输电的功能。

基本信息：

基于磁耦合谐振式的AC/DC功率变换器研究

Study on AC/DC Power Converter Based on Magnetic Coupling Resonance

作者：

杜吉飞：天津大学电气自动化与信息工程学院，天津；珠海泰坦电力电子集团有限公司，广东珠海；穆云飞：天津大学电气自动化与信息工程学院，天津；李小滨：珠海泰坦电力电子集团有限公司，广东珠海；王子尧*, 王冠敬, 李博文：天津农学院工程技术学院，天津

关键词:

无线充电；磁耦合谐振；整流滤波；能量传递；Wireless Charging；Magnetically Coupled Resonance；Rectifying Filter；Energy Transfer

项目基金：

国家级大学生创新训练计划项目(202210061014)

原文链接：

https://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=63454

内容简介：

在汉斯出版社《电路与系统》这本期刊中，有论文主要介绍了无线电能传输系统的设计理念以及磁耦合谐振式无线电能传输原理，并对整流电路逆变电路和驱动电路进行了介绍，利用互感耦合模型搭建等效电路，通过谐振特性分析，提出了电压调节及频率跟踪控制策略，最后搭建了试验控制平台。由试验结果验证了理论分析的正确性与可行性。

由于磁耦合无线充电系统的工作频率在100 kHz~10 MHz之间，所以逆变电路选择高频逆变技术。通过比较全桥逆变电路、半桥逆变电路、自激逆变电路和E类谐振式逆变电路，最终选择E类谐振式逆变电路，其兆赫兹级别的输出频率恰好满足实验要求，不但工作频率和工作效率高，而且是单管工作，成本较低，维护检修时更加方便。

整流滤波电路部分是通过观察接收端的负载是否能够正常工作来判断实验是否成功，本实验负载为LED灯，实验现象为LED灯能否正常发光。而LED灯需要的电压较低，所以需要整流电路来将高频交流电压转化为LED灯所需电压。半波整流电路电路结构简单，只运用了一个二极管，因此它的输出电压只有半周，并且半波整流电路的利用率很低，不能达到理想效果。全波整流电路由两只二极管组成，电路也相对简单，但效率却大幅度提升，而且整流器件所承受的反向电压较高。桥式整流电路有四只二极管首尾连接而成，桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分。