基于松耦合变压器的全桥谐振变换器的研究

论文摘要

非接触感应电能传输系统综合运用电磁感应耦合技术、高频变换技术以及电力电子等高新技术,安全、可靠、高效、灵活地实现了电能的无接触传输,在交通运输、航空航天、医疗、照明、矿井和水下场合有着广泛的应用前景。在中、大功率的非接触感应电能传输的应用场合中,基于松耦合变压器的全桥谐振变换器应用广泛,本文对此进行了研究。首先介绍了松耦合感应电能传输的原理、研究现状和发展趋势,对松耦合变换器的模型进行了分析。对松耦合全桥谐振变换器的原副边的补偿进行了研究,从系统视在功率的角度和提升系统传输能力的角度分析了原边补偿电容和副边补偿电容各自的作用。接着对应用最为广泛的串串补偿和串并补偿的松耦合全桥谐振变换器进行了深入的研究,推导了输出电压的归一化公式、原边阻抗角的归一化公式和系统不发生频率分叉现象的条件,并借助Matlab对所推导的公式进行了分析,得出了发生频率分叉和不发生频率分叉时系统电压传输特性的差异和影响系统发生频率分叉现象的因素。还分析并给出了在某种情况下补偿电容和工作频率的合理选择。最后,对松耦合全桥谐振变换器的控制方式,进行了初步的探索,对如何实现松耦合全桥谐振变换器PFM控制和频率跟踪控制进行了分析和研究。对文中所得出的结论进行实验验证,给出试验结果,并实现了松耦合全桥谐振变换器的PFM控制和频率跟踪控制,并给出了实验结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非接触感应电能传输技术的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 非接触感应电能传输技术的研究现状
• 1.2.2 非接触感应电能传输技术的发展趋势
• 1.3 本文的研究意义与内容
• 1.3.1 本文的研究意义
• 1.3.2 本文的研究内容
• 第二章 非接触感应能量传输系统组成及数学模型
• 2.1 非接触感应电能传输系统的构成和高频逆变部分拓扑选取
• 2.1.1 非接触感应电能传输系统的构成
• 2.1.2 高频逆变部分拓扑选取
• 2.1.3 三种组成方案的分析
• 2.2 非接触感应电能传输系统的数学模型
• 2.2.1 可分离变压器的分析
• 2.2.2 谐振变换器模型
• 2.3 松耦合谐振变换器的工作模态分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 松耦合全桥谐振变换器原副边补偿分析
• 3.1 原副边不加补偿的全桥变换器分析
• 3.1.1 原副边不加补偿时原边的视在功率
• 3.1.2 副边反映到原边的反映阻抗
• 3.1.3 原边不加补偿的不利之处
• 3.2 原边补偿分析
• 3.2.1 原边串联补偿副边不加补偿时系统的视在功率
• 3.2.2 原边串联补偿副边的无功功率
• 3.2.3 原边串联补偿副边不加补偿时的负载特性
• 3.3 次级补偿分析
• 3.3.1 次级串联补偿
• 3.3.2 副边并联补偿
• 3.4 本章小结
• 第四章 串串补偿和串并补偿的松耦合全桥谐振变换器的研究与分析
• 4.1 串串补偿的松耦合谐振变换器的分析
• 4.1.1 理论分析
• 4.1.2 补偿电容参数的确定
• 4.1.3 实际电路损耗对电压增益的影响
• 4.2 串并补偿的松耦合谐振变换器的分析
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 发生频率分叉现象的条件的推导
• 4.2.3 原副边补偿电容的确定
• 4.2.4 考虑实际损耗对增益的影响和气隙变化对谐振频率的影响
• 4.3 串串补偿和串并补偿的松耦合全桥谐振变换器的比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 实验参数介绍
• 5.2 松耦合谐振变换器特性的实验验证
• 5.2.1 串串补偿松耦合谐振变换器的实验
• 5.2.2 串并补偿松耦合谐振变换器的实验
• 5.3 基于PFM 的控制的松耦合谐振变换器实验
• 5.3.1 PFM 控制的串串补偿的松耦合谐振变换器实验
• 5.3.2 PFM 控制的串并补偿的松耦合谐振变换器实验
• 5.4 基于频率跟踪控制的串并补偿的松耦合谐振变换器实验
• 5.4.1 频率跟踪控制的目的
• 5.4.2 频率跟踪控制的原理
• 5.4.3 频率跟踪系统的稳定性分析
• 5.4.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 下一步要做的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 攻读硕士学位期间获得荣誉