非接觸通用供電平臺多負載解諧控制方法研究
并聯解諧控制的簡化模型如圖3所示,當電路解諧時,電感和電容的電抗都將隨之改變。此時,負載上的電流可以表示為:
為了進一步說明負載電流和電容值的變化關系,根據圖3給出如下關系式(12):
其中:R表示負載,C表示可變電容,L是拾取線圈電感,VOC是感應的開路電壓,IR是負載電流,ω是諧振頻率。由式(12)可以看出,如果其他參數如R,L,VOC,ω等都固定不變時,那么負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負載電流值最大,當電容值偏離諧振點電容越大,負載電流的下降也越大。因此,可以采用兩種方法來達到電路失諧,控制電流大小的目的,根據可變電容值與諧振點電容值的比較,可變電容小被定義為欠調諧控制和可變電容大被定義為過調諧控制。本文只以欠調諧控制為例來說明動態(tài)解諧方法。式(12)給出的是負載電流與可變電容之間的關系,其中負載是一個給定的不變量,而實際設計當中,主要考慮的是負載變動與可變電容之間的關系,如式(13):
其中:Vo是流經負載的輸出電壓,R是負載,L是拾取線圈電感,ω是諧振頻率,VOC是拾取端感應的開路電壓,C是可變電容。在給定的輸出電壓Vo的前提下,由式(13)可以計算出不同負載下的電容值。因此,可以采用電容在可控的開關頻率下開啟與關斷來等效電容值的變化,具體電路如圖5所示。
其中,在該電路中,電容開關控制依據負載輸出DC電壓反饋與給定的期望電壓參考值相比較的結果,產生控制電容開關的輸出信號。同時,在可控頻率下開關電容Ct開關能夠在負載上產生一個所需要的平均電流;而位于開關電容前面的固定電容Cs的作用是為啟動電容開關電路提供最小的啟動功率。
系統的設計參數為額定諧振頻率40 kHz,拾取側感應開路電壓的峰值5.18V,副邊線圈電感15.4μH,負載上的輸出電壓設定為15 V。由式(14)可以求出固定電容值為0.673μH,相應的開關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給出了負載輕載時,開關電容、固定電容、開關電容驅動信號以及輸出負載上的電壓波形。圖7和圖8給出的是動態(tài)欠調諧控制下,負載變化上時的輸出電壓波形及負載上的輸出功率情況。從圖中可以看出,輕載時,開關電容開關頻率較低,該電路盡量保持解諧狀態(tài)來限制負載上的電壓大小,使電壓穩(wěn)定在15 V;同時,輸出功率并沒有隨著負載輕載運行而增加,而相應地有所減少,消除了對其他用電器的功率影響,避免了系統的崩潰。
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