松耦合全橋諧振變換器的傳輸特性分析研究

摘要：本文對基于非接觸式感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的全橋諧振變換器的傳輸特性進(jìn)行了研究。首先，本文以原副邊均采用串聯(lián)補(bǔ)償為例進(jìn)行分析，通過matlab仿真計(jì)算，得出了這種情況下補(bǔ)償電容的變化、負(fù)載的變化對原邊諧振頻率和傳輸特性的影響。其次，分析了發(fā)生頻率分叉現(xiàn)象時(shí)工作頻率該如何選擇，并利用反映阻抗的概念分析了變換器的功率傳輸能力。最后基于實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對文中分析與結(jié)論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 敘詞：補(bǔ)償；傳輸特性；諧振頻率；頻率分叉現(xiàn)象 Abstract：In this paper, the transfer characteristic of loosely coupled inductive power transfer full-bridge resonant converter is studied. Firstlywe obtain the conclusion that how the compensation capacitor and load influence on resonant frequency and transfer characteristic, making use of MATLAB, taking the situation that primary and secondary compensation is series for example. Secondly, how to choose the switching frequency when bifurcation phenomena occurs is analyzed, besides, the transfer capability is also analyzed using the conception of reflection impedance. Finally, experimental results from a prototype of full-bridge converter are given, which verify the correctness of analysis and conclusion in the paper. Keyword：compensation; transfer characteristic ; resonant frequency; bifurcation phenomena
1前言：

在非接觸式感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，能量發(fā)射裝置和能量接受裝置是通過一個(gè)松耦合的變壓器來實(shí)現(xiàn)的。變壓器原邊和副邊之間有一個(gè)較大的氣隙，變壓器的耦合系數(shù)很低，漏感很大，一般情況下，漏感和勵(lì)磁電感處在同一個(gè)數(shù)量級(jí)。采用互感模型分析可分離變壓器，利用互感來描述初、次極的耦合能力，這種模型能很好的指導(dǎo)非接觸式能量傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

由于漏感較大，它不僅影響能量傳輸?shù)墓β屎托?，而且大幅度加大功率器件的電壓和電流?yīng)力。圖1為初級(jí)次級(jí)都不加補(bǔ)償?shù)乃神詈现C振變換器，流過變壓器的電流近似線性變化。為了得到較高的功率傳輸比，降低由漏感所引起的開關(guān)管的高電壓應(yīng)力，減小變壓器

圖1原副邊都不加補(bǔ)償?shù)乃神詈现C振變換器

對周圍環(huán)境的電磁輻射，必須在松耦合變壓器原副邊加入適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電路，這樣，不僅能使電路中的電流盡量正弦化，減小了輻射，而且也有效利用了電路中的寄生參數(shù)，減小了寄生參數(shù)對電路的影響[1]。

近年來，針對松耦合變換器的原副邊的具體補(bǔ)償問題在國內(nèi)外已經(jīng)展開了廣泛深入的研究，文獻(xiàn)[2]對原邊串聯(lián)副邊并聯(lián)補(bǔ)償?shù)念l率分叉現(xiàn)象作了詳細(xì)研究，但是到目前為止還沒有專門的文獻(xiàn)對補(bǔ)償后的傳輸特性，即輸出電壓隨著頻率、補(bǔ)償電容和負(fù)載電阻的變化給予深入的研究，本文就這方面給予比較詳細(xì)的研究。

本文以基于松耦合變壓器的全橋諧振變換器為例，用原邊串聯(lián)補(bǔ)償?shù)耐負(fù)鋪斫档凸β势骷碾妷簯?yīng)力，重點(diǎn)研究了副邊是串聯(lián)補(bǔ)償?shù)膫鬏斕匦?并對原邊副邊為串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)的頻率分叉現(xiàn)象也進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后分別對變負(fù)載和改變補(bǔ)償電容進(jìn)行了試驗(yàn)對比分析，從而驗(yàn)證了文中理論分析的正確性。

2基于松耦合變壓器的全橋諧振變換器的理論分析

在仿真計(jì)算中，變壓器的參數(shù)不變，取，，，只討論負(fù)載電阻和補(bǔ)償電容變化對輸出的影響。

對于圖2所示全橋諧振變換器，在雙極性控制方式下，如果只考慮基波的作用，忽略高次諧波，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的橋臂中點(diǎn)電壓可以用正弦

圖2 原副邊均為串聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹C振變換器