一种自激型宇称-时间对称的低待机功耗稳定无线电能传输系统

韩旭，祝可嘉

（同济大学电子与信息工程学院，上海 200082）

0 引言

如今无线电能传输（WPT）的研究引发了一系列实际应用领域的巨大热情，如电动汽车、移动设备、无人机、医疗植入设备等。基于传统的磁共振原理的WPT系统受到传输距离的严重限制，其效率随着传输距离增大而快速降低，超材料是一种已经被证明的可行的改进WPT传输性能的工具，不过其结构相对复杂。我们这里采用另一种有效的解决方案，使用构建宇称时间（PT）对称的自激电路系统并采用非谐振激励，形成一个等效并联-串联（PS）电路能量传输。由于近场耦合机制，工作频率被传输距离所限制，为解决这一问题，我们使用反馈电路实时追踪高效传能工作频率、并利用非线性饱和增益实现PT对称系统，可以在强耦合区域内实现高效、恒效率能量传输，并且由于系统可以等效为并联-串联电路，接收线圈拉远，即空载时，输入功率很小，相对于一般的串联-串联型WPT系统，空载时起到了保护电路的作用[1]。

1 电路的理论分析

1.1 系统概述与实现

一般来说，耦合模（CMT）模型用于分析耦合线圈之间的能量传递[2]。一般的非线性无线电能传输（WPT）系统的PT对称CMT模型为：

为实现非线性PT对称模型。在满足高品质因数和弱耦合条件下，耦合模模型和电路模型可以等效。为实现高效率的饱和增益，本文使用了半桥逆变器，利用发射端谐振线圈的电流作为反馈信号，控制逆变器输出电压达到非线性负电阻的作用。自激电路的逆变器的输出可以等效为一个负电阻。……