电压型CPT系统输出品质与频率稳定性分析

周诗杰， 孙跃， 戴欣， 唐春森

(重庆大学自动化学院，重庆400030)

0 引言

基于电磁耦合原理的非接触电能传输技术(contactless power transfer，CPT)增加了用电设备的灵活性，弥补了传统接触式电能传输方式存在的器件磨损、碳积以及电火花等缺陷［1－2］，是一种安全、可靠、灵活的电能接入新技术［3－4］。为了提高系统的功率容量，CPT系统常通过在能量发射端(原边)和能量接收端(拾取端)串联或者并联电容的方式补偿系统的无功功率，使原边和拾取端均工作在谐振状态。根据补偿电容位置的不同可分为4种基本拓扑，但是目前对各种拓扑的应用场合尚无定论;另一方面，由于采用谐振的方式传输能量，频率的变化会对CPT系统的输出品质造成很大的影响［5］，尤其对于拾取端目前对频率漂移仍缺乏有效的控制手段。针对以上问题，文献［6］分析了CPT系统4种不同拓扑输出电压电流的增益，但是并没有总结不同拓扑的适用场合;文献［7］提出了以品质因数来量度拾取端的频率稳定性，并给出了在Qs=2～6时系统工作在最佳状态的结论，但是并没有相关的证明，也未说明这个结论适用于何种拓扑;文献［8］和文献［9］提出了采用动态调谐的方式改变拾取线圈的感值或补偿电容的容值，但是该方法只适用于小功率系统，无法在大功率场合适用。

针对以上问题，本文在对电压型CPT系统工作原理的分析基础上，根据系统原副边的耦合关系建立了系统拾取端的阻抗模型，分别总结了在谐振条件下系统的输出特性和在失谐条件下系统的拾取端阻抗随频率变化的规律。……