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【我的毕设作品】基于LCC谐振式无线充电系统
阅读: 15270 |  回复: 28 楼层直达

2019/07/12 20:07:36
1
三太郎
电源币:11 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:5
LV2
班长

QQ截图20160321155901  【活动进行中……】礼遇感恩节!参与顶楼  免费送仪器

QQ截图20160321155901   【风采汇】参与有奖!获奖作品分享大赛



小白一枚,第一次写帖子,如有错误,望各位大佬们多多指教!

本课题是基于LCC谐振式无线充电系统

系统内容主要包括:

      单相PWM整流器;

      功率调节器;

      高频逆变器发射装置;

      磁耦合器部分;

      整流器接收装置;

由于系统较为繁琐,只对系统关键部分,即无线传输部分进行简述,PFC和调功部分不再赘述

本系统采用了基于LCC补偿网络的无线充电拓扑结构,如图1所示;

                                如图1 基于LCC补偿网络的无线充电拓扑结构

                                               表1是样机的技术指标

                                               表2是LCC补偿网络的参数

磁耦合器仿真

图2是 ANSYS有限元仿真软件模拟仿真磁耦合器的模型,为了减轻重量,铁氧体并不会铺满中间层,而是按照磁通走向,把条状铁氧体呈放射状分布放置,并且在优化中,有目的地增加磁密高的区域的铁氧体用量。

                                      (a)磁耦合器 3D模型示意图

                                       (b)磁耦合器发射 /接受端侧视图

                                         图2 发射线圈及接收线圈仿真模型

本设计采用LCC补偿网络的方案,该补偿网络具有

1)恒流源的输出特性,易于给电池充电,控制简单,且输出电流只与输入电压和耦合系数K有关;

2)通过改变系统参数来实现ZVS软开关,提高开关管的工作效率;

3)实现原副边输入输出的电流和电压同相位,具有功率因数校正的功能;

无线充电的效率一直是关注的的焦点。经由公式推导,效率η 与磁耦合系数和原副边电感线圈的品质因数有关,因此可以通过提高耦合系数或者提高品质因数来提升系统得传输效率。又由于磁耦合系数k在实际工况中是一个较难以改变的参数,所以可以从原副边电感线圈的品质因数着手来提高传输效率,即提升系统的谐振角频率ω 和降低线圈内阻R。系统频率的提升必然会带来系统损耗的增加。目前其开关频率一般在20kHz-150kHz 之间,考虑到效率和造价成本,折中后谐振频率设为85kHz。如图2-3所示为磁耦合器效率曲线,从图3中可以看出,假定耦合系数为0.15以上,那么在理想状态下,当线圈的品质因数达到500时,磁耦合器理论上传输效率可以到达95%。

                                               图3 磁耦合器效率曲线

主电路仿真

图4利用仿真软件LTspice进一步验证 LCC 的性能。理论分析只考虑了补偿电路对输入为基波的影响。未考虑高次谐波输出特性的影响。

                                          图4 LCC补偿网络的拓扑结构仿真图

         

                                       图5  LCC补偿网络的拓扑结构仿真波形图

图5可以看出原副边的输入输出电流电压同相位,即输入功率因数接近为1。

实物展示

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                                          图6 调功电路和高频逆变发射器PCB

调功电路主要对接受侧电池进行充电调节:恒流、恒压、涓流。

                                                    图7 主线圈实物图

下图为500W时的实测仿真波形

                                             图8 开关管的驱动和管压降波形

                                            图9  输入谐振网络的电压和电流波形

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                                        图10 输出谐振网络的电压和电流波形

总结:

由于目前正在调试阶段,系统只带了50%的负载,即500W的功率,效率达到了92%,虽然实现了软开关,但是开关管的电压波形在驱动死区处发生严重震荡,致使系统效率下降,在一定程度上削弱的软开关带来的效率优势。以至于在调试中,管子发热严重,功率带不上去,效率逐渐降低的趋势。

最后,如果有喜欢玩大功率无线充电的兄台,可以与在下一起探讨,共同进步  在这里特别感谢璐璐小jiejie(系统不让写汉字)的大力支持

电源网-天边在2019-07-18打赏该贴 +10 电源币 打赏理由:我们三郎棒棒哒!

2019/07/13 09:50:34
2
电源网-璐璐
电源币:1092 | 积分:82 主题帖:285 | 回复帖:1517
LV10
司令

精彩精彩

2019/07/13 10:07:40
3
三太郎
电源币:11 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:5
LV2
班长
嗯哼  后面排版怎么没跟上队伍
2019/07/13 10:13:20
4
电源网-璐璐
电源币:1092 | 积分:82 主题帖:285 | 回复帖:1517
LV10
司令

哈哈……没事哒没事哒 系统不让你写汉字  太可爱了哈~

2019/08/05 11:40:56
19
ledspower
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:14
LV3
排长
无线充电,我的梦想,一直在努力
2019/08/17 13:15:18
21
gxg1122
电源币:1641 | 积分:17 主题帖:170 | 回复帖:1641
LV10
司令
这个发热厉害,有降温措施吗?看这个效率还是挺高的。
2019/07/15 12:03:22
5
chaos2008
电源币:13 | 积分:1 主题帖:11 | 回复帖:76
LV4
连长
这个厉害了
2019/07/16 11:01:32
7
三太郎
电源币:11 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:5
LV2
班长
过奖了
2019/07/15 14:42:08
6
米山人家
电源币:230 | 积分:61 主题帖:9 | 回复帖:632
LV8
师长

大功率无线充电是现在非常热门的前沿技术。

而且这个贴子中研究程度已经相当深入了。

2019/07/16 11:04:37
8
三太郎
电源币:11 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:5
LV2
班长
师长严重了,目前电路中还存在好多问题亟待解决,算是刚入门吧
2019/07/16 11:25:43
9
米山人家
电源币:230 | 积分:61 主题帖:9 | 回复帖:632
LV8
师长

你现在遇到的这些问题,包括以后还会遇到什么问题,我都非常清楚,你需要的是时间。

但是现在做到这个程度,非常难得,是一条很正确的方向。

我解决这些问题用了差不多十年时间。

2019/08/17 13:16:21
22
gxg1122
电源币:1641 | 积分:17 主题帖:170 | 回复帖:1641
LV10
司令
楼上是行家啊。这种无线充电的效率提升是一方面,另一个有测试过距离与效率的关系吗?
2019/08/17 13:34:21
23
米山人家
电源币:230 | 积分:61 主题帖:9 | 回复帖:632
LV8
师长

当然距离越近效率越高,面积越大,效率也越高,效率和面积和成本,都会有个折衷的选择。

线圈本身的铜阻对效率影响最大,但多股高频线为了追求过低的铜阻,股数过多时,线径过粗,会影响电感量的形成,也会影响到效率。

2019/08/17 21:54:28
24
gaohq
电源币:65 | 积分:5 主题帖:51 | 回复帖:477
LV8
师长

线径过粗,会影响电感量的形成

这个怎么说?

2019/08/18 09:15:49
25
米山人家
电源币:230 | 积分:61 主题帖:9 | 回复帖:632
LV8
师长

线圈之间的互感,绕组越紧密,导线间距离越近互感越强,越能产生有效电感量。

小功率不明显,在几KW或几十功率时,过粗的线径会使同样面积有效圈数变小,最关键是导线与导线之间的耦合也变小,导致电感量会大幅度减小。

2019/07/16 23:08:10
10
gaohq
电源币:65 | 积分:5 主题帖:51 | 回复帖:477
LV8
师长
LCC,无线充电,两个分开来讲更好,我只关注LCC
2019/07/17 15:47:54
11
三太郎
电源币:11 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:5
LV2
班长
LCC拓扑结构除了在无线充电上应用,也可以应用在其他领域范畴,我对了LCC的认知也是仅从无线输电这个层面去了解的,所以就在一起说了 。哈哈
2019/07/17 18:04:39
12
gaohq
电源币:65 | 积分:5 主题帖:51 | 回复帖:477
LV8
师长

主要是想看看LCC的几个关键参数是如何计算出来的。

2019/09/19 14:06:56
27
steadyfield
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:8
LV2
班长

原边:Lf1与Cf1在开关频率处谐振,(L1-Lf1)与C1在开关频率处谐振。

副边:Lf2与Cf2在开关频率处谐振,(L2-Lf2)与C2在开关频率处谐振。

本人目前主要研究方向是SS与双LCC的双向WPT系统的建模与控制,希望可以与大家多多交流~

2019/07/20 15:39:49
13
gason
电源币:0 | 积分:1 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
你好,想找你 合作开发一款100W的无线供电项目,有兴趣加我QQ 271724537
2019/08/05 11:27:38
14
ledspower
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:14
LV3
排长
无线充电,我的梦想,我一直在研究,也请教很多大学老师,希望加PP:363加111加758,V姓:136加6728加9996(去掉加)
2019/08/05 11:28:05
15
ledspower
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:14
LV3
排长
无线充电,我的梦想,我一直在研究,也请教很多大学老师
2019/08/05 11:28:37
16
ledspower
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:14
LV3
排长

这个不错

2019/08/05 11:30:12
17
ledspower
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:14
LV3
排长
无线充电,我的梦想,一直在努力
2019/08/15 12:13:07
20
凝竚废柴
电源币:0 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:3
LV2
班长
你看穿了电赛组委会的想法····
2019/08/05 11:39:33
18
ledspower
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:14
LV3
排长
我一直在搞无线充电,相互探讨,请加Pp:363+111+758
2019/09/17 09:07:25
26
ledspower
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:14
LV3
排长
我一直有个想法,就是磁场定向发送技术,光是可以做成激光的,磁场也一定能做成激磁的,一直在努力寻找激磁的方法,有了激磁无线充电效率也一定能大大提升。
2019/10/17 16:19:22
28
不由分说
电源币:1 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:2
LV1
士兵
原文放出来大家看看呗,怎么不搞个双向毕设啊
2019/11/16 21:10:17
29
hlj198710
电源币:0 | 积分:0 主题帖:5 | 回复帖:2
LV2
班长
双边LCC基本都是对称的吗?这样次级体积也是一个问题哟。
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