用于无线能量传输的3.3kW发射电源设计(2)
2006年美国麻省理工学院的Marin Soljacic教授在美国工业论坛上首次提出“磁耦合谐振式无线能量传输技术”(Magnetic Resonant Wireless Power Transfer 简称MRWPT)，并在不久之后给出了相应的实验验证[4]，这种方式的能量传输过程中，能量的发射端和接收端是两个固有谐振频率相同的电磁系统，当给发射端加上与其谐振频率相同的高频交流电时，便会产生磁场的耦合共振，以非接触的方式实现能量传递。高频电源连接发射端为系统不断的提供能量，负载连接接收端消耗能量，进而实现了能量的传输。MRWPT传输方式既避免了微波输电指向性要求高、环境影响大的弊端，又在传输距离上优越于电磁感应传输方式，这使得它的研究价值大大增加，在近几年内得到了非常快速的发展。
无线能量传输应用的一个重要领域便是电动汽车的充电。通过非接触的方式对电动汽车进行充电，可以避免因裸露充电线头带来的接触不良和易触电的安全问题，能使电动汽车的使用更加安全可靠，同时还能降低电池的充电成本。随着能源危机的加剧以及各国对环境保护的重视，无线能量传输技术在电动车上的应用对发展绿色、智能化的交通运输系统具有重要意义。
在电动汽车无线充电系统中，充电装置的传输功率及效率是衡量装置优劣的重要因素，其中用于无线能量传输的开关驱动器则是决定装置能量传输功率及效率的关键。因此，对用于无线能量传输的驱动器的研究是十分必要的。本文主要完成了用于电动汽车无线充电系统中的逆变源的设计，并进行相应的实物制作，以及完成具体的实验调试。
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容
在MRWPT系统中，如图1.4所示，当外加激励源的频率与系统谐振频率相同时，能量以时变磁场为媒介传输效果达到最好。高频逆变源作为发射端激励源的主要部分是决定装置能量传输功率及效率的关键。
图1.4 磁耦合式无线能量传输系统
课题主要研究为电动汽车充电所用的3.3kW无线能量传输中的发射电源设计，主要为高频逆变器的设计，属于大功率、高频率的发射电源，设计指标如下：
表1.1 高频逆变器技术指标
最大输出功率 3.3kW
频率 85kHz
直流输入电压 300V
本文主要研究了以下具体内容：
1. 查阅文献深入了解无线能量传输技术及相应高频逆变源的应用现状；
2. 分析MRWPT系统的基本原理及基本谐振耦合电路；
3. 进行逆变板的硬件设计，包括主电路、控制电路、驱动电路、缓冲电路及过电流保护电路；
4. 完成逆变板的印制板绘制、制作和焊接；
5. 进行具体实验，验证控制、驱动等各个模块的输出波形正确性，并确定缓冲电路的吸收效果，最后测量逆变器的传输效率。
2 磁耦合谐振式无线能量传输系统的基本原理
2.1 磁耦合谐振理论
根据谐振理论，由电感和电容构成谐振电路，当对该谐振电路上频率与其固有频率相同的正弦激励时，便会产生谐振。其间电感线圈中的能量与电容中的能量以两倍于激励源频率的速度交换振荡。电感线圈中的交变电流会在其周围产生交变磁场。当有两个或两个以上各自的电感和电容参数满足相同谐振频率时，向其中一个谐振电路外加同频率的正弦激励，而其他的谐振电路处在该谐振电路的有效磁场范围内时，能量便能传递到这些谐振电路中