关于数字家电用无线电力传输电源的若干研究

王毅君

【摘要】 无线电力传输已经在电力传输系统中广泛应用，但是不可否认的一点就是，无线电力传输仍然存在着一定的问题，表现最为明显的就是功率因数低、电力传输效率低等相关问题。针对这类问题产生的结果，不仅影响电力传输系统的增场运行操作，还影响用户的的使用效能。针对这类问题需要设计出一款数字家用无线电力传输电源。该电源由开关输入网络、、高频正流网络以及谐振耦合网络共同组成。通过这项设计，就能够避免无线电力传输中各种问题的出现。笔者就数字家用无线电力传输电源相关情况进行分析。

【关键词】 家用电气 无线电力传输 电源

最近几年在电力设备逐渐完善的过程中，无线电力传输（Inductive Power Transfer，IPT）具有的时尚、安全的特点开始被人們关注。但是该项技术存在的局限性表现在只能为手机充电等效功率应用，针对功率较大的家电领域，目前尚未成熟。对于IPT系统来说，传输线圈副边电路互相隔离，在开环状态下工作，电路的输出电压通常都难以控制。通常情况下，在接收端使用DC/DC电路来稳定输出电压的过程中，为增加系统输出功率，通常都会在原边电路中增加锁相环电路，进而促使线圈工作在谐振状态。但是采用这种方法存在一定的问题，这些问题的存在降低了输出功率的稳定性。因此，为提高松耦合变压器传输功率与效率，需要对原、副边线圈增加谐振补偿电容。同时需要眼研究出一种新的输电系统。

一、无线电力传输系统

该种系统已经在大范围领域中开始应用，但是要想进一步了解其中相关情况，就应当对该系统有一个必要的了解。

1.1系统结构

无线电力传输系统的结构如图1所示。系统通常是由半桥逆变电路、单片控制电路、辅助电源、显示模块、婺源射频识别以及谐振耦合电路共同组成220V交流电在经过全桥整流、电感、电容滤波后送达给半桥逆变电路的输入端，在此过程中，高频方波电压就会通过半桥逆变电路出书到谐振耦合电路中，再由谐振耦合电路将能量传输给负载[1]。这是无线电力传输系统的组成部分，各个部位都在系统运行中具有重要的作用。

1.2主电路参数设置

无线电路传输系统由开关输入网络、高频整流网络和谐振耦合网络共同组成。谐振耦合网络的原边线圈采用串联电容Cp补偿，副边线圈采用并联电容Ca补偿。其中，Cp采用耐流大的电容，采用耐压高的电容，且Cp、Ca的频率稳定性都较高，C1、C2采用耐压较高、容量较小的无极性电容，和Lim组成LC滤波器，以提高功率因数。在分析主电路的过程中，采用互感模型的方法对主干电路进行分子，就可以将等效电路图画出来。等效电路图如图2所示。原、副边线圈电感通常由Lp、La表示，Cp、Ca为原、副边补偿电容，Rp、Ra分别为原、副边线圈电阻，M为原、副边线圈的互感，R为负载电阻，Re为等效负载，Za为次级回路的等效阻抗，为从输入端看进去的等效阻抗。通过对图2所示主电路的等效电路进行建模和分析。通过这样的分析主电路的电压变化，就能够确定谐振网络元件的参数。

1.3直流输出电压的控制

直流输出电压Uo控制采用频率查表模糊控制法。在电路稳定的时候，开关主要负责谐振频率上，此时可完全实现零电流软开关（ZCS），如果开关的损耗量小，则系统工作的效率就可以达到最高效率，在输出电压Uo降低或者增大的时候，电路检测到谐振电流幅度值法僧改变，相应增大或者缩小来管理工作频率，以此来稳定电压Uo[2]。在研究的过程中就会发现，电路工作频率在镇邪频率福建的时候，电路的电压增益变化就会变得较大。由此可见，如果开关频率偏执不会超过某一界面，开关管基本工作在ZCS工作状态的时候。从实验研究的结果就可以看出，开关频率在谐振率±5%的范围内，电压增益变化就可以达到设计的要求，同时工作效率还就能够达到满足84%以上。

二、仿真实验

通过设计一台额定功率1000W的数字家用无线电力传输电源样机，可以将输入电压范围保持在180-264VAC输出电压为Uo220VDC，电杆Lm为400uH，C1、C2采用耐压较高的1uF无极性电容，原边线圈直径19mm等相关的数据。在实验设计的过程中，为进一步验证电源性能，可以分别对电源的功率与功率因素采用实验进行测定，进而来评价设计的可行性。

三、结语

在实验研究的过程中，依据数字家用无线电力传输电源，就能够确定1000W左右功率等级的无线电力传输系统可以采用的电路结构具有合理性，同时护肝模型对电路进行的等效分析就可以知道参数设计具有可行性。

参 考 文 献

[1]刘永军.无线电力传输技术：创造未来空间神话[J].中国电子商情（基础电子），2010，10（12）：53-54.

[2]马皓，孙轩.原副边串联补偿的电压型耦合电能传输系统设计[J].中国电机工程学报，2012，6（12）：78-79.