一种接收端有源整流的无线电能传输系统设计

刘飞廉，李志忠，邱 炜，张亦弛

（广东工业大学 信息工程学院，广东 广州 510006）

0 引 言

无线电能传输（Wireless Power Transfer，WPT）技术实现了供电端与负载端的电气隔离，在全球范围成为众多学者的研究热点[1-3]。在实际应用过程中，为满足用电设备的供电电压要求，需要WPT系统接收端提供稳定的输出电压，而系统拓扑、传输距离、偏移程度以及负载特性等因素都会影响接收端的输出电压[4-7]。文献[8]采用接收端后级接入DC-DC的方法来达到控制电压的效果，但添加DC-DC后接收端体积和损耗增大。文献[9]和文献[10]通过通信网络以确保精准控制，但通信延迟限制了系统的动态性能，使控制回路设计复杂。文献[11]提出一种基于S-S补偿系统的接收端有源整流器控制方法，但控制过程中会影响负载阻抗，增加无功功率，且该方法不适用于其他补偿网络。

针对上述问题，本文设计了一种针对LCC-S补偿网络，控制接收端有源整流器实现恒压功能的WPT系统。该系统在无需控制发射端的情况下，仅控制接收端提供恒定的输出电压且保持等效负载阻抗为纯阻性。

1 系统结构与工作模态

本文所介绍的无线电能传输系统如图1所示，主要包括3部分，即高频逆变器、发射及接收补偿网络、有源整流器。高频逆变器由4个MOSFET管Q1—Q4构成，发射端补偿网络包括L1、C1、Cp、Lp，接收端补偿网络包括Ls、Cs，两个二极管D1、D2和两个MOSFET管Q5、Q6构成有源整流器。另外RL为系统负载，M为发射、接收线圈的互感。

图1 系统结构框图

接收端工作波形如图2所示，依次为谐振电流is、控制信号UQ5和UQ6、整流侧信号Urec以及整流侧电流irec，工作模态如图3所示。……