基于最优负载匹配WPT 系统的最大效率跟踪

逄海萍，邱 毅，陈浩然

（青岛科技大学自动化与电子工程学院，青岛266061）

2007 年美国麻省理工学院教授马林·邵利亚契奇等采用基于磁耦合谐振原理的无线电能传输装置成功点亮了2 m 外的60 W 的灯泡[1]，使得无线电能传输的研究进入新的阶段。

提高效率是无线电能传输系统的一个重要研究课题[2-6]。 无线电能的传输效率与系统结构、元器件的特性以及系统的参数匹配等因素密切相关，除此之外还受到扰动和不确定因素的影响。在设计系统时首先进行静态设计，在系统结构和参数上做充分优化，把每一部分的损耗降到最低[7-9]，如采用优化耦合线圈的方法[10]、采用改变系统工作频率的方法[11]来提高效率。但是基于静态设计的系统在实际工作中，当负载、线圈之间距离或内部元器件参数变化时，效率会偏离最大值。 因此，动态的最大效率跟踪方法应运而生，例如频率调谐方法[12-14]，发射端最小功率法[15]，脉冲调制密度法[16]，负载阻抗匹配法[17]等。

研究表明，当发射回路和接收回路均处于相同频率的谐振状态时，效率会达到一个最大值[11]，因此基于谐振频率跟踪的最大效率跟踪方案获得了较多的研究成果[18]，这种方法可以获得在当前的系统参数和状态（如负载和传输距离）下的一个最大效率，但并不是系统所能达到该参数和状态下的可能最大值。

本文首先理论分析效率与频率、负载以及互感等因素的关系，研究在传输距离（互感）一定时，谐振状态下使效率达到可能最大值的最优负载条件，采用锁相环技术及DC-DC 阻抗变换原理， 进一步提出通过谐振频率跟踪（调谐）和最优等效负载匹配来实现最大效率跟踪的控制方案。……