【我的毕设作品】基于LCC谐振式无线充电系统

小白一枚，第一次写帖子，如有错误，望各位大佬们多多指教！

本课题是基于LCC谐振式无线充电系统

系统内容主要包括：

      单相PWM整流器；

      功率调节器；

      高频逆变器发射装置；

      磁耦合器部分；

      整流器接收装置；

由于系统较为繁琐，只对系统关键部分，即无线传输部分进行简述，PFC和调功部分不再赘述

本系统采用了基于LCC补偿网络的无线充电拓扑结构，如图1所示；

                                如图1 基于LCC补偿网络的无线充电拓扑结构

                                               表1是样机的技术指标

                                               表2是LCC补偿网络的参数

磁耦合器仿真

图2是 ANSYS有限元仿真软件模拟仿真磁耦合器的模型，为了减轻重量，铁氧体并不会铺满中间层，而是按照磁通走向，把条状铁氧体呈放射状分布放置，并且在优化中，有目的地增加磁密高的区域的铁氧体用量。

                                      （a）磁耦合器 3D模型示意图

                                       （b）磁耦合器发射 /接受端侧视图

                                         图2 发射线圈及接收线圈仿真模型

本设计采用LCC补偿网络的方案，该补偿网络具有

1）恒流源的输出特性，易于给电池充电，控制简单，且输出电流只与输入电压和耦合系数K有关；

2）通过改变系统参数来实现ZVS软开关，提高开关管的工作效率；

3）实现原副边输入输出的电流和电压同相位，具有功率因数校正的功能；

无线充电的效率一直是关注的的焦点。经由公式推导，效率η 与磁耦合系数和原副边电感线圈的品质因数有关，因此可以通过提高耦合系数或者提高品质因数来提升系统得传输效率。又由于磁耦合系数k在实际工况中是一个较难以改变的参数，所以可以从原副边电感线圈的品质因数着手来提高传输效率，即提升系统的谐振角频率ω 和降低线圈内阻R。系统频率的提升必然会带来系统损耗的增加。目前其开关频率一般在20kHz-150kHz 之间，考虑到效率和造价成本，折中后谐振频率设为85kHz。如图2-3所示为磁耦合器效率曲线，从图3中可以看出，假定耦合系数为0.15以上，那么在理想状态下，当线圈的品质因数达到500时，磁耦合器理论上传输效率可以到达95%。

                                               图3 磁耦合器效率曲线

主电路仿真

图4利用仿真软件LTspice进一步验证 LCC 的性能。理论分析只考虑了补偿电路对输入为基波的影响。未考虑高次谐波输出特性的影响。

                                          图4 LCC补偿网络的拓扑结构仿真图

         

                                       图5  LCC补偿网络的拓扑结构仿真波形图

图5可以看出原副边的输入输出电流电压同相位，即输入功率因数接近为1。

实物展示

                                          图6 调功电路和高频逆变发射器PCB

调功电路主要对接受侧电池进行充电调节：恒流、恒压、涓流。

                                                    图7 主线圈实物图

下图为500W时的实测仿真波形

                                             图8 开关管的驱动和管压降波形

                                            图9  输入谐振网络的电压和电流波形

图10 输出谐振网络的电压和电流波形 总结： 由于目前正在调试阶段，系统只带了50%的负载，即500W的功率，效率达到了92%,虽然实现了软开关，但是开关管的电压波形在驱动死区处发生严重震荡，致使系统效率下降，在一定程度上削弱的软开关带来的效率优势。以至于在调试中，管子发热严重，功率带不上去，效率逐渐降低的趋势。 最后，如果有喜欢玩大功率无线充电的兄台，可以与在下一起探讨，共同进步  在这里特别感谢璐璐小jiejie（系统不让写汉字）的大力支持