非接觸通用供電平臺多負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，當電路解諧時(shí)，電感和電容的電抗都將隨之改變。此時(shí)，負載上的電流可以表示為：

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

其中：R表示負載，C表示可變電容，L是拾取線(xiàn)圈電感，VOC是感應的開(kāi)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(shí)，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(diǎn)負載電流值最大，當電容值偏離諧振點(diǎn)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(lái)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(diǎn)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(guò)調諧控制。本文只以欠調諧控制為例來(lái)說(shuō)明動(dòng)態(tài)解諧方法。式(12)給出的是負載電流與可變電容之間的關(guān)系，其中負載是一個(gè)給定的不變量，而實(shí)際設計當中，主要考慮的是負載變動(dòng)與可變電容之間的關(guān)系，如式(13)：

其中：Vo是流經(jīng)負載的輸出電壓，R是負載，L是拾取線(xiàn)圈電感，ω是諧振頻率，VOC是拾取端感應的開(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)可以計算出不同負載下的電容值。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(chǎn)生控制電容開(kāi)關(guān)的輸出信號。同時(shí)，在可控頻率下開(kāi)關(guān)電容Ct開(kāi)關(guān)能夠在負載上產(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。
系統的設計參數為額定諧振頻率40 kHz，拾取側感應開(kāi)路電壓的峰值5．18V，副邊線(xiàn)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(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給出了負載輕載時(shí)，開(kāi)關(guān)電容、固定電容、開(kāi)關(guān)電容驅動(dòng)信號以及輸出負載上的電壓波形。圖7和圖8給出的是動(dòng)態(tài)欠調諧控制下，負載變化上時(shí)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(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)限制負載上的電壓大小，使電壓穩定在15 V；同時(shí)，輸出功率并沒(méi)有隨著(zhù)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。