耦合式无线充电系统设计记录

我又来更新了！

之前的文章看的人不是很多，但是还是阻挡不了我炫"菜"的步伐，今天的实验室测试了S-S拓扑，拓扑就长下面这样图中（a）这样

其实吧，上面的拓扑都是补偿的拓扑，L1和L2都是发射和接收线圈的自感，而加入补偿电容其实一方面是为了补偿无功能量(因为电感负载需要电源提供无功能量，会导致功率因素的降低，如果没有PFC-功率因素校正，那么就会导致效率的降低，同时增加电源的负担)，另外一个方面是降低回路的阻抗，就拿S-S拓扑来说，电感的阻抗计算公式为R=wL，w为角频率，电感本来就很大，在我的测试中达到了28uH，w更加大，因为无线充电的时候频率都是100K附近，阻抗那么大根本输入不了电流，线圈没电流流过也不能在接收侧传输能量了，而S-S拓扑如果LC发生谐振，总回路的阻抗是接近于0的，所以在这个情况下电感（线圈）才有足够的能量流过。

1.S-S理论知识及其缺点分析

上面这个就是S-S电路图，S是串联的意思，S-S就是指发送侧和接收侧采用的都是串联串联补偿，RL为等效电阻，这里说的等效电阻是指桥式整流电路折算过来的电阻，这里非常建议大家看一下卓大大的这篇推文，非常非常棒！这里说一下卓大大老师，我一开始做无线充电其实没有什么头绪，但是看到老师的帖子，我茅塞顿开，解决了我很多的问题，我请教老师问题老师也非常乐意和我交流，非常感谢老师！
好了我们说回来，我们把接收侧的阻抗折射到发送侧可以得到下面这个等效电路图：

我们这里分析C1与L1发生完全串联谐振的情况，由于LC串联谐振的时候LC的总阻抗为0，所以电容和电感都可以看成是短路，设电路的输入电压有效值为Us。我们可以得到I1电流为I1=Us/Rref

那么问题来了Rref怎么计算呢？

上面的等效的受控电压源电压为jwM，M为两个线圈的互感由于上图的I2和我的电路图中的I2方向相反，所以Rref=-jwMI2/I1，那么I2为多少呢？

上面这个就是电感互感的等效电路图，我们可以看到当L2和电容串联谐振的时候I2=jwMI1/RL
带入上面的公式我们可以得到：Rref=（wM)2/RL,2是平方哈，不是很会用这个编辑器。。。大家可以自己算算，好了这个Rref算出来了，那么我们就可以带入I1=Us/Rref，代入之后就可以得到

同时负载两端的电压为：

就是把I1代入而已，我们分析上面这两条公式：
I1不仅是串联回路的电路，它还是逆变器的输出电流，我们可以得到当RL趋近于无穷大，也就是负载开路的时候，I1趋近于无穷大，并且当M趋近于0的时候，也就是两个线圈离得很远或者互相垂直的时候，I1居然同样会趋近于无穷大。
这还得了？也就是说我的无线充电上面必须要放个接收线圈，负载开路，切掉逆变器就炸了，这并不符合常理对吧，所以当这时候我们需要退出谐振状态，因为我们上面的分析都是建立在LC发生完全的串联谐振的基础上面的，当我们退出谐振状态，回路阻抗增大，这时候电流就不会那么大了，但是这要求我们的控制器控制及时，不然在大功率的场合你还是裂开，正因如此现在大部分的大功率拓扑都没有采用这种拓扑，我用的是比较新的LCC-S拓扑，这个我们以后再说哈。
我们继续来分析负载两端的电压
同样的，当RL无穷大或M无穷小，负载两端电压无穷大，好了可以做电蚊拍了哈哈哈哈，解决方法同上，退出谐振状态，我们还可以得到负载两端的电压和负载的阻值是有关的，而LCC-S拓扑能实现不需要任何控制，即可实现稳压的效果，这个还是以后再说。

好了很晚了，实验部分其实做的不是特别多，下篇再见吧文末，附上无线充电的电容电压波形

还有电感电压波形~

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