摘要:
SS型Buck-WPT（Buck-wireless power transfer）系统由Buck电路和基本的SS型无线电能传输电路组成。该电路系统因为结构和控制方式简单、控制效果明显等优点在感应式无线电能传输方面得到广泛应用。但该电路的动态特性并不能满足一些时变系统对快速性的较高要求。例如，系统在启动时会存在较强震荡和较大超调，系统负载改变时稳定状态会发生改变且存在明显抖动，系统极限空载时原边谐振电流会增大，且该电流值远超出安全工作范围。本文提出了一种基于可控电感的SS型 Buck-WPT系统。首先，分析了电感值可调的方法并在COMSOL中建立仿真模型验证其电感值可控的特性。其次，对SS型Buck-WPT系统进行数学建模，将SS型WPT系统作为Buck电路的特殊负载，推导SS型Buck-WPT系统状态空间方程。研究其三维空间内相轨迹的降维描述方法，将该系统用二维相轨迹描述系统运行过程。然后，通过分析启动阶段相轨迹运行规律，改进前级Buck电路。将传统Buck电路中的电感换成可控电感，运用其电感值可调的控制系统开通阶段的运行轨迹，使系统在1个开关周期内无超调快速进入稳态。当系统负载改变时，系统的输出电压会改变，且是不断抖动来回反复的过程，利用PI算法对系统进行恒流控制。通过可控电感控制系统相轨迹，使副边输出能无抖动快速进入稳态，保证输出电压不变。针对SS型谐振网络的Buck-WPT系统中出现空载大电流的问题，提出了将可控电感串联接入原边谐振网络的方法。实时检测原边谐振电流值，该值超过正常工作范围，感值就快速增大，减小原边谐振电流，达到空载时维持原边谐振电流安全值以下。最后，验证上述方法在优化SS型Buck-WPT系统动态特性的有效性，在Simulink中搭建仿真电路。该方法能减小工作条件改变时带来的系统抖动，且在不改变系统响应速度前提下减小超调，优化系统动态性能，增强系统抗负载扰动力，提高系统带负载能力有明显效果。
