电力论文哪里有？本文基于级联谐振腔法选出所有具备输入 ZPA 和恒流、恒压输出特性的三参数补偿拓扑，并利用二端口网络矩阵理论系统地分析了适合方波电压源驱动的三参数补偿拓扑的输入、输出特性，解出实现电池充电所需先恒流后恒压输出的补偿元件参数、松耦合变压器参数和系统 ZPA 频率点的约束关系，并讨论了设计自由度。
第一章 绪论
1.2 无线电能传输技术的研究现状
美国科学家尼古拉·特斯拉最早在 20 世纪初提出无线电能传输的理论，并首次完成了点亮灯泡的验证实验。历经一个多世纪的发展，IPT 技术已经得到广泛的研究与应用，例如新西兰奥克兰大学率先将 IPT 技术运用到电动汽车充电领域，创造性地研制了多种磁耦合机构；日本东北大学和崇城大学立足于水下无线电能传输技术，分别开发了AUV 水下无线充电装置、海底观测网系泊浮标充电装置[32-33]；IPT 技术还被运用于植入式医疗设备领域，代替了传统的导线连接式或电池植入式充电。目前，国内外高校针对IPT 技术的研究主要集中在以下四个方面。
松耦合变压器原、副边线圈加入适当的补偿网络可显著提高 IPT 充电器的特性，例如，与负载无关的恒流或恒压输出特性、抗偏移特性等等。目前已有的四种两电容基本补偿拓扑如图 1-3 所示，为方便描述，根据其原、副边补偿电容的连接方式命名为串串(Series-Series, SS) 、 串 并 (Series-Parallel, SP) 、 并 串 (Parallel-Series, PS) 和 并 并(Parallel-Parallel, PP)补偿拓扑。对上述拓扑输入、输出特性的研究表明，SS 和 PP 补偿拓扑可实现输入 ZPA 和恒流输出，而 SP 和 PS 补偿拓扑可实现输入 ZPA 和恒压输出。四种基本补偿拓扑具备恒流或恒压输出特性，但其输出增益均受到松耦合变压器参数的限制，无法按照设计要求调节充电器的恒流、恒压输出[34-35]。根据锂电池充电先恒流后恒压的特性，单个基本补偿拓扑的输出特性显然不满足要求。
无源补偿网络中除了电容，还可以适当引入电感元件滤除整流和逆变过程带来的谐波，改善 IPT 变换器的输出特性。部分三电容拓扑的原边补偿网络中存在与逆变器输出端并联的电容回路，为抑制开关过程中方波驱动电源导致的电流尖峰，通常需在原边补偿网络前增加串联的电感元件 L。
第三章 适合方波电压源的补偿拓扑
3.1 引言
在原边驱动电源为交流电源的前提下，第二章中得到 16 种可实现恒流、恒压输出和输入 ZPA 的补偿拓扑。但在实际应用中，原边驱动电源是由直流电压源经逆变桥产生的，其波形为交流方波，含有大量高频谐波成分。原边补偿网络存在的电容回路会产生较大的电流尖峰，导致变换器无法正常工作。基于上述限制条件，本章首先排除了不适合方波电压源驱动的补偿拓扑。然后根据第二章介绍的网络矩阵法分析剩余补偿拓扑的输入、输出特性。最后，对比剩余备选拓扑输出特性以及所用补偿元件类型，选择了抗偏移能力较强的三电容补偿拓扑。
VDC 经逆变桥输出的 vAB为交流方波，其含有大量高频谐波成分。若原边补偿网络中存在直接与方波电压连接的电容回路，则高频谐波电压会在开关过程中产生较大的电流尖峰，影响变换器正常工作。因此，采用方波电压源驱动的充电器要求原边补偿网络中不能存在并联电容回路。根据这一限制条件，第二章图 2-10 中只有编号为(1)、(3)、(9)、(10)、(11)、(13)、(14)和(16)的备选拓扑满足要求。其余不适合方波电压源驱动的补偿拓扑可改用方波电流源驱动，采用本文第二章中二端口网络分析方法亦可得相似的结论，此处不一一赘述。为方便叙述与分析，将这 8 种补偿拓扑重新编号命名，如图 3-2所示。
第四章 基于 S-SP 补偿拓扑的 IPT 系统实验验证
4.2 基于 S-SP 补偿拓扑的 IPT 充电器设计
4.2.1 S-SP 补偿拓扑参数设计
电池 CC 和 CV 模式切换的控制逻辑原理图如图 4-3 所示。当 νenCC=1，νenCV=0时，首先进入 CC 充电模式，闭锁恒压控制环路。CC 模式下电池电压 vBAT逐渐上升到参考值 VBAT后，νenCC=0，νenCV=1，切断恒流控制环路，接入恒压控制环路。由于 IPT 变换器在开关频率 fCV处具有恒压输出特性，在设计时已按照电池所需的 VBAT进行设计，一旦变换器工作频率切换为 fCV，变换器输出的 vBAT和基准电压 VBAT相差非常小，那么电压 PI 环会快速进入稳定状态，实现 CC 和 CV 模式的平稳过渡。两种充电模式下的占空比分别由频率为 fCC和 fCV的锯齿波控制产生，控制简单可靠。
4.3 软开关设计
为提高整个充电过程中系统的充电效率，无线充电器需在 CC 和 CV 充电模式均实现 ZVS。因此，应通过补偿元件参数优化设计，使无线充电器的输入阻抗角在 CC 和 CV 两种充电模式均呈弱感性，同时尽可能不影响充电器恒流和恒压输出增益。充电器的输入阻抗角在不同的充电模式和电池等效负载下随补偿参数变化的曲线如图 4-4 所示。根据 CC 和 CV 模式下补偿元件参数变化对系统输入阻抗角的影响趋势，只有适当增大原边补偿电容 CP才能在整个充电过程中实现 ZVS。但补偿元件参数的变化会导致系统的输出增益变化，因此图 4-5 给出充电器的输出增益在不同的充电模式和电池等效负载下随补偿参数变化的敏感度曲线。由图 4-5 可知，适当增大原边补偿电容 CP对输出电流、电压增益的影响较小，说明增大 CP的优化方法是可行的。
第五章 总结与展望
5.2 展望
本文基于级联谐振腔法选出所有具备输入 ZPA 和恒流、恒压输出特性的三参数补偿拓扑，并利用二端口网络矩阵理论系统地分析了适合方波电压源驱动的三参数补偿拓扑的输入、输出特性，解出实现电池充电所需先恒流后恒压输出的补偿元件参数、松耦合变压器参数和系统 ZPA 频率点的约束关系，并讨论了设计自由度。根据补偿拓扑的输出增益，确定基于 S-SP 补偿结构设计了一台电池无线充电原理样机。但仍存在部分问题需要进一步的研究，主要有如下两个方面：
(1)本文研究的是最简三参数补偿拓扑，通过分析发现具备输入 ZPA 和恒流、恒压输出特性的三参数补偿拓扑都相同的设计自由度，即恒流增益可以通过恒流工作频率进行调节，而恒压增益受限于松耦合变压器的参数无法调节。下一步将研究如何使用少量补偿元件实现更高的设计自由度，即充电装置摆脱变压器参数限制，实现恒流、恒压增益均可调。
(2)本文中电池无线充电器是在给定变压器参数的条件下进行设计，输出增益受到变压器参数的限制，主要适用于静态无线充电场合。目前，静态无线充电技术仍然存在着需要停车充电、充电时间长、续航里程短、用户体验差等问题。为此，有研究提出了基于分段式多发射线圈的动态无线充电技术，在动态充电过程中发射、接收线圈相对位置发生变化导致输出增益出现波动。因此，还需在磁耦合机构设计、功率传输控制技术、电磁兼容等方面进行深入的研究。
参考文献（略）
