作者 焦来磊1 荆蕾2 1.中惠创智无线供电技能有限公司(山东 烟台 264000)2.烟台大学文经学院信息工程系(山东 烟台 264000)
摘要：本文提出了一种依据磁耦合谐振的电动汽车无线充电体系的规划办法。首要介绍了磁耦合谐振式无线充电技能的传输机理;其次提出体系的全体规划结构、DC-DC斩波电路和单相全桥逆变电路的规划办法;再次，规划了三段式电池充电办理体系;最终完结以ARM单片机为操控中心的体系规划。试验证明，该体系具有优异的充电功能和广泛的可推广性。
导言
自从2007年美国麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic教授等人使用磁耦合谐振技能成功地在2m外点亮一只60W的灯泡[1-2]，无线电能传输技能(wireless power transfer，WPT)开端得到国际研究机构越来越多的重视。
现在，WPT技能主要有3种，即电磁辐射式、电磁感应式和磁耦合谐振式。辐射式无线电能传输[3]使用远场进行传输，其传输间隔远大于传输设备的几许尺度，可是其定向性较差，且传输功率一般比较小。电磁感应式无线电能传输机理[4]类似于可分离变压器，只要在较短的间隔下才干完成较大功率和较高功率的传输。而磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless power transfer，MCR-WPT)使用谐振原理，使其在中等间隔传输时，仍能得到较高的功率和较大的功率，而且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响[5]。MCR-WPT在传输间隔、传输功率以及传输功率上均衡的功能体现，使其特别适用于电动汽车无线充电范畴[6-7]。
1 体系理论剖析
体系选用串联-串联式谐振结构，等效电路如图1所示。其间，Us为高频交流电源，Cp、Cs分别为原、副边谐振电容，Lp、Ls分别为原、副边线圈自感，M为原副边线圈之间的互感，R为负载电阻，Ip、Is分别为原、副边电流，ω0为体系谐振频率，Rp、Rs为线圈等效内阻，ZL为电池等效内阻。
依据互感耦合模型，得到单负载体系等效电路的状态方程：
体系传输功率为：
(6)
由式(5)可知，体系输出功率主要由初级绕组内阻和次级反映阻抗的实部、虚部一起决议，其间触及包含作业频率、谐振电容、电感、内阻等一系列参数。 由式(6)可知，体系传输功率由初级侧内阻和次级反映阻抗实部一起决议。跟着反映阻抗实部RP-S的逐步增大，传输功率也在逐步增大。
2 体系全体规划
体系的全体结构框图如图2所示，体系选用220V、50Hz交流电源供电，经全桥不控整流电路、DC-DC降压斩波电路和高频全桥逆变电路，与发射端谐振%&&&&&%和发射线圈衔接，接纳线圈在谐振磁场中发生高频感应电压，经整流电路转化为直流电，给电动汽车蓄电池充电。车载充电机经过蓝牙模块与电能发射端通讯，经过实时操控DC-DC直流斩波电路输出电压，调整电池充电功率。
3 体系主电部分电路规划
3.1 DC-DC斩波电路规划
DC-DC调压电路主要有BUCK、BOOST、CUK等电路结构。本文选用BUCK降压斩波电路：下降逆变电路输入电压，进步逆变电路电流幅值，简略检测电流改变状况，尽管线损与其他电路比较有必定进步，但与体系输出功率等级比较进步极端细小。BUCK电路具有电路结构简略、功率高，纹波可调理，动态功能好等优势，因而，本体系选用BUCK电路做为DC-DC环节的主电路拓扑。
3.2 全桥逆变电路规划
工程中常用的逆变电路主要有：全桥逆变电路和半桥逆变电路。全桥逆变电路的功耗元件是半桥逆变电路的两倍，所以整个电路的功耗也近似是半桥逆变电路功耗的两倍，可是全桥逆变电路的电压等级却比半桥逆变电路要高，考虑到电源电压的功率等级，挑选全桥逆变电路为体系原边电路的高频逆变单元。
