非接觸通用供電平臺(tái)多負(fù)載解諧控制方法研究

并聯(lián)解諧控制的簡(jiǎn)化模型如圖3所示，當(dāng)電路解諧時(shí)，電感和電容的電抗都將隨之改變。此時(shí)，負(fù)載上的電流可以表示為：

為了進(jìn)一步說(shuō)明負(fù)載電流和電容值的變化關(guān)系，根據(jù)圖3給出如下關(guān)系式(12)：

其中：R表示負(fù)載，C表示可變電容，L是拾取線圈電感，VOC是感應(yīng)的開(kāi)路電壓，IR是負(fù)載電流，ω是諧振頻率。由式(12)可以看出，如果其他參數(shù)如R，L，VOC，ω等都固定不變時(shí)，那么負(fù)載電流將隨電容值的變化而變化，如圖4所示。只有在電容的諧振值這一點(diǎn)負(fù)載電流值最大，當(dāng)電容值偏離諧振點(diǎn)電容越大，負(fù)載電流的下降也越大。因此，可以采用兩種方法來(lái)達(dá)到電路失諧，控制電流大小的目的，根據(jù)可變電容值與諧振點(diǎn)電容值的比較，可變電容小被定義為欠調(diào)諧控制和可變電容大被定義為過(guò)調(diào)諧控制。本文只以欠調(diào)諧控制為例來(lái)說(shuō)明動(dòng)態(tài)解諧方法。式(12)給出的是負(fù)載電流與可變電容之間的關(guān)系，其中負(fù)載是一個(gè)給定的不變量，而實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要考慮的是負(fù)載變動(dòng)與可變電容之間的關(guān)系，如式(13)：

其中：Vo是流經(jīng)負(fù)載的輸出電壓，R是負(fù)載，L是拾取線圈電感，ω是諧振頻率，VOC是拾取端感應(yīng)的開(kāi)路電壓，C是可變電容。在給定的輸出電壓Vo的前提下，由式(13)可以計(jì)算出不同負(fù)載下的電容值。因此，可以采用電容在可控的開(kāi)關(guān)頻率下開(kāi)啟與關(guān)斷來(lái)等效電容值的變化，具體電路如圖5所示。

其中，在該電路中，電容開(kāi)關(guān)控制依據(jù)負(fù)載輸出DC電壓反饋與給定的期望電壓參考值相比較的結(jié)果，產(chǎn)生控制電容開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)。同時(shí)，在可控頻率下開(kāi)關(guān)電容Ct開(kāi)關(guān)能夠在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)所需要的平均電流；而位于開(kāi)關(guān)電容前面的固定電容Cs的作用是為啟動(dòng)電容開(kāi)關(guān)電路提供最小的啟動(dòng)功率。
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)為額定諧振頻率40 kHz，拾取側(cè)感應(yīng)開(kāi)路電壓的峰值5．18V，副邊線圈電感15．4μH，負(fù)載上的輸出電壓設(shè)定為15 V。由式(14)可以求出固定電容值為0．673μH，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電容值就等于諧振電容值減去固定電容的值，也就是0．357μH。圖6給出了負(fù)載輕載時(shí)，開(kāi)關(guān)電容、固定電容、開(kāi)關(guān)電容驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及輸出負(fù)載上的電壓波形。圖7和圖8給出的是動(dòng)態(tài)欠調(diào)諧控制下，負(fù)載變化上時(shí)的輸出電壓波形及負(fù)載上的輸出功率情況。從圖中可以看出，輕載時(shí)，開(kāi)關(guān)電容開(kāi)關(guān)頻率較低，該電路盡量保持解諧狀態(tài)來(lái)限制負(fù)載上的電壓大小，使電壓穩(wěn)定在15 V；同時(shí)，輸出功率并沒(méi)有隨著負(fù)載輕載運(yùn)行而增加，而相應(yīng)地有所減少，消除了對(duì)其他用電器的功率影響，避免了系統(tǒng)的崩潰。