电子电气与物理学院工业自动化福建省高校工程研究中心黄晓生副教授课题组提出了一种用于兆赫兹无线电能传输系统的新型Φ2类逆变器,相关研究成果“Load-Independent Push–Pull Class-Φ2 Inverter With Single Compact Three-Winding Inductor”在国际期刊《IEEE Transactions on Power Electronics》(TPEL)上发表(论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/10192082)。论文针对传统Φ2类逆变器所存在的磁元件数量较多,体积较大等问题,提出了一种具有紧凑型三绕组磁集成电感的推挽Φ2类逆变器,可广泛应用于中小功率的无线电能传输系统领域。该成果受到福建省科技厅工业引导性(重点)项目、福建省自然科学基金等项目资助。
基于磁耦合的无线电能传输技术(WPT)可广泛应用于便携设备、无人机、工业载具和电动汽车等领域。本研究提出了一种新型的磁集成推挽Φ2类逆变器,与传统的Φ2类逆变器相比,所提出的磁集成结构通过磁通抵消和磁芯共用,降低了电感的总体体积和损耗,同时保持了逆变器的高效率。逆变器采用单一的三绕组集成电感,显著减少了逆变器磁元件的数量和体积。所提出的设计方法确保在不同负载条件下,逆变器能够保持一致的零电压开通和恒定的电压增益。为验证所提出的方法和磁集成结构,研究团队搭建了一台6.78 MHz的LCC-S谐振型无线电能传输实验样机。实验结果表明,样机从空载到320 W输出的整个负载范围内均能实现稳定的软开关,电压增益保持在+1%/-3.5%的范围内。实验系统的直流-直流峰值效率在170 W输出时达到了91%,而Φ2类逆变器的峰值效率则达到了96.6%。该研究的创新性在于通过集成化的磁结构,显著提升了逆变器的紧凑性和低损耗特性,为兆赫兹逆变器的设计提供了新的思路和方法。
图1 具有三绕组磁集成的推挽式Φ2类逆变器原理及其样机
图2 LCC-S谐振式6.78MHz-WPT样机实验平台(工业自动化福建省高校工程研究中心)