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无线输电笔记

 

全文框架

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1.部分理论

电流和电压逆变

1.电流型逆变电路的特点:
流型逆变器的直流电源经大电感滤波,直流电源可近似看作恒流源。逆变器输出电流为矩形波,输出电压近似看为正弦波,抑制过电流能力强,特别适合用于频繁加、减速的启动型负载。
2.电压型逆变电路的特点:
电压型逆变器的直流电源经大电容滤波,故直流电源可近似看作恒压源,逆变器输出电压为矩形波,输出电流近似正弦波,抑制浪涌电压能力强,频率可向上、向下调节,效率高,适用于负载比较稳定的运行方式。
3.电流型逆变和电压型逆变区别?
电压型逆变:1)直流侧为电压源 2)逆变输出电压波形为矩形波 3)逆变桥都并联了反馈二极管。
电流型逆变:1)直流侧为电流源 2)逆变输出的电流波形为矩形波 3)逆变桥不用反馈二极管。
不同点:
1、源不同,一个是电压源,一个是电流源
2、储能器件不同,一个是电容储能,一个是电感储能
3、输出波形不同,一个是输出电压为脉冲波,电流为正弦波。一个是输出电流为脉冲波,电压为正弦波
4、逆变器件不同,一个是全控器件,一个是半控器件即可

拓扑选择:

1.电压型逆变和电流型逆变
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电压型逆变电路结构简单,对电路参数不敏感,适用于高频电路。故选择电压型逆变
2.两线圈结构

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经论文中的仿真数据,串串结构效率和带负载能力最好,故选择之。效率最大时为谐振频率点。
3.电压型逆变中拓扑选择
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推挽式逆变电路需要带中心抽头的变压器,且铜损严重。半桥式逆变电路主要用于小功率。而全桥逆变输出电压电流和功率均较高。

线圈选择

应选择谐振频率相同,高品质因数的线圈,以保证能量高效传输。

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螺线管式线圈能产生均匀的磁场,具有良好的方向性,而且传输距离远、效率高,
缺点是体积较大。而平面螺旋线圈比较薄体积小,适于用在小型设备,但方向性较差。

另外,为了减少趋肤效应的影响,采用利兹线绕制线圈。金属线圈在高频条件下会产生趋肤效应,这也是导致寄生电阻增大的主要原因,会导致谐振线圈损耗增大和品质因数降低。线圈导线截面半径越小,其在高频下产生的寄生电阻也越大,因此为了减小线圈损耗,提高谐振线圈品质因数,在设计谐振线圈时,通常会选用线径较大的铜线或者漆包线。如何减小寄生电阻是谐振线圈设计时的一个重要环节,采用多股金属导线并联绕制的方式增大导线线
径,不仅能增加导线有效截面,有效减小高频条件下趋肤效应的影响,而且还能减小导
线电阻,降低损耗,提高系统传递效率。
我们选择了两种线圈:

蚊香型,电磁炉线圈:
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利兹线绕制,螺线管型线圈
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参数测量
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电容选择

电解电容有极性,且高频特性差,不可用。
陶瓷电容,独石电容比较精密,但电流电压耐受值不够,容易烧毁。
CBB电容的高频特性好,精密,耐高压,故采用之

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2.原理图及PCB

全桥逆变原理图

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3. 波形及数据

输出波形
驱动电阻10R,有震荡

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增加RC的阻尼,经测试,增加R至22欧时效果最佳
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谐振时电容两端的电压,几乎是输入方波电压的两倍:输入占空比50的方波时
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不是严格的谐振时:电容两端仍为正弦波(幅值很小),电感两端正弦波变形:
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未到谐振点的电感波形:
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不带负载时发射和接收端电感两端波形
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可见近似为正弦波
带负载后波形

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上图为当负载很小时,接收端电感电容两端波形。方波很不规律,增大负载后波形如下:
各图为距离由近及远时测量,黄色是逆变输出端,蓝色为整流输入端。:
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以上四张图依次是线圈(蚊香型,电磁炉线圈)密贴,间距1.5cm,3.2cm,4.7cm的波形,电感电容两端波形不规律,且幅值大:
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上图中,黄色是发射端电感两端的电压波形。
效率测量
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可见,波形的规整很重要,可以大大降低损耗。

全桥逆变和整流模块效率测量

电路为:逆变输出的方波,通过MOS同步整流模块,加在负载上。具体模块见模块笔记。

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漏感尖峰及解决方案

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当线圈相距很远的时候,漏感加大,电感上多余的能量影响了MOS开关,造成了很大的尖峰。且此尖峰进入直流输入端。如下图所示:原本为直流的输入端有了尖波
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在输入端加入二极管之后,没有很大改善
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变成并联谐振后,互感变差,但尖峰仍未能消除
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解决方案:
1.提高频率,可以提高线圈耦合程度
2.用RCD等电路吸收之,但经试验,效果不好

目前仍未解决

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