基于LC补偿的单开关ECPT系统研究
2022年电子技术应用第7期
牟宪民1，李佳霖1，郭骥巍1，彭峰华2
1.大连理工大学 电气工程学院，辽宁 大连116024；2.国网湖南省电力有限公司，湖南 长沙410004
摘要： 单开关DC-DC变流器的电场耦合式无线电能传输系统可以提高系统的工作频率，但开关管承受的截止电压很高。提出了一种使用LC补偿网络的单开关Buck-Boost电场耦合的无线电能传输系统，引入的LC补偿网络可以降低开关管的电压应力。另一方面，一定程度上减小了输出受负载变化的影响。同时，变流器等效工作在电流源模式，耦合电容较小时可以有效地传输功率。且电路能够实现软开关，电路的控制更加容易和安全。仿真和实验结果表明了理论分析的有效性。
中图分类号： TM92
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212059
中文引用格式： 牟宪民，李佳霖，郭骥巍，等. 基于LC补偿的单开关ECPT系统研究[J].电子技术应用，2022，48(7)：124-130.
英文引用格式： Mu Xianmin，Li Jialin，Guo Jiwei，et al. Research on single switch ECPT system based on LC compensation[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：124-130.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212059
中文引用格式： 牟宪民，李佳霖，郭骥巍，等. 基于LC补偿的单开关ECPT系统研究[J].电子技术应用，2022，48(7)：124-130.
英文引用格式： Mu Xianmin，Li Jialin，Guo Jiwei，et al. Research on single switch ECPT system based on LC compensation[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：124-130.
Research on single switch ECPT system based on LC compensation
Mu Xianmin1，Li Jialin1，Guo Jiwei1，Peng Fenghua2
1.School of Electrical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China； 2.State Grid Hunan Electric Power Company Limited，Changsha 410004，China
Abstract： The electrical capacitive power transfer(ECPT) system of a single-switch DC-DC converter can increase the operating frequency of the system, but the switching tube is subjected to a high cut-off voltage. This paper proposes a single-switch Buck-Boost radio energy transmission system using LC compensation network. The introduced LC compensation network can reduce the voltage stress of the switching tube. On the other hand, the output is somewhat affected by load changes. At the same time, the converter works in the current source mode, and the coupling power can be used to transmit power efficiently. And the circuit can realize soft switching, and the control of the circuit is easier and safer. Simulation and experimental results show the validity of theoretical analysis.
Key words : single switch；LC compensation；capacitive couple；wireless power transfer；soft switching
0 引言
相比于磁场式无线电能传输技术，电场耦合式无线电能传输(Electrical Capacitive Power Transfer，ECPT)系统不存在涡流损耗，效率更高，因而得到了广泛的关注[1-3]。ECPT系统利用耦合金属板间的高频电场传输能量，结构如图1所示，包括高频电源、补偿网络、耦合机构、整流电路和负载等几部分[4-5]。
ECPT系统的发射电源一般使用桥式逆变器，当系统工作在高频时，驱动电路很难满足同一桥臂两个开关管的死区时间。发射端和输出桥式整流电路各需要4个半导体二极管，数目很多，开关损耗较大[6-7]。
变流器包含较多开关元件、使其栅极驱动变得复杂，电路板布局不易实现。这些特性通常会导致更高的成本和更低的可靠性，特别是对于大功率的应用时更加明显。
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作者信息：
牟宪民1，李佳霖1，郭骥巍1，彭峰华2
(1.大连理工大学 电气工程学院，辽宁 大连116024；2.国网湖南省电力有限公司，湖南 长沙410004)
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