磁共振无线电能传输系统的稳态控制策略
具有恒压特性的磁共振模式无线供电系统
具有恒压特性的磁共振模式无线供电系统翟渊;孙跃;苏玉刚;王智慧;李玉鹏【摘要】在磁共振模式无线供电系统的实际应用中,通常要求系统输出电压保持恒定,为提高系统传输功率的稳定性,还需要系统工作频率保持恒定.本文以发射线圈为并联补偿、接收线圈以及共振线圈均为串联补偿的磁共振模式无线供电系统为研究对象,基于互感模型,给出了系统发射线圈恒流,输出电压恒压的参数边界条件,从而在不需要控制器的条件下,通过恒频驱动,在线圈之间距离不发生改变的前提下,能够保证负载变化时系统仍然能够处于恒压状态.仿真和实验表明所提出方法具有良好的恒压特性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)009【总页数】5页(P12-16)【关键词】磁共振模式;互感耦合;边界条件;恒压特性【作者】翟渊;孙跃;苏玉刚;王智慧;李玉鹏【作者单位】重庆大学自动化学院重庆 400030;重庆大学自动化学院重庆400030;重庆大学自动化学院重庆 400030;重庆大学自动化学院重庆 400030;重庆大学自动化学院重庆 400030【正文语种】中文【中图分类】TM7241 引言感应电能传输技术是基于电磁感应原理，以电磁场为媒介，利用现代电力电子能量变换技术、高频变换技术和借助现代控制理论的一种新型、实用、灵活的供电技术[1-5]，但传输距离仍局限在较小尺度范围内，直到2007年MIT的科学家提出了磁共振模式的无线电能传输原理并成功利用该理论在 2m范围内点亮一个 60W的灯泡，磁共振模式无线电能传输技术的研究才成为国内外学者研究的热点[6-10]。
在实际应用中，通常要求系统输出给负载的电压保持恒定，较为典型的应用是针对不同的目标分别引入闭环负反馈控制，这里面主要包括一次侧控制以及二次侧控制：一次侧控制是在一次侧加入控制器，通过一次侧在线辨识或者通过射频通信方式获得负载及输出参数，然后通过调节一次输入电压、能量注入时间或者软开关工作点来控制一次侧发射线圈电流，从而使输出电压保持恒定[11,12]。
基于磁共振的无线电能传输系统研究
基于磁共振的无线电能传输系统研究陈磊;曾芮清【摘要】文中简述了无线电能传输的发展过程及现状,对三种无线电能传输技术的特点及优缺点进行了理论分析,并重点论述了磁共振式的无线电能传输系统.建立了基于磁共振的无线电能传输系统的数学模型,仿真分析了输出功率与传输距离,传输效率与传输距离之间的关系,研究了无线传输距离对磁共振无线电能传输系统的影响.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2017(034)004【总页数】3页(P10-12)【关键词】磁共振;无线电能传输;传输距离【作者】陈磊;曾芮清【作者单位】三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002【正文语种】中文自第二次工业革命之后，人类迈入了电气化时代，电能的使用深入到人们日常生活中方方面面。
随着电能的普及，电能的传输途径也在高速发展，大到几百千伏的高压输电线路及四通八达的电网，小到各种电器设备的电源线。
然而，如今的电能传输途径主要还是依赖导线来实现，而这种传输方法存在着一系列的问题。
例如，电力传输过程中的线路老化、传输损耗、尖端放电等问题，影响用电设备的安全，大大降低了供电的效率和可靠性。
另一方面，传统有线传输模式无法满足海底、矿井等特殊情况，受外界环境条件影响较大。
此外，在日常生活中，大量的电器设备供电势必会有许多电源线，各种电源线纵横交错、四处寻找插头等问题都给人们生活带来极大不便。
这一系列问题要求寻求一种摆脱导线进行电能传输的方式，因此，近几年来，无线电能传输技术越来越受到人们的关注，已经逐渐成为研究的热点。
早在1890年，美国科学家尼古拉斯·特斯拉(Nikkola Tesla)提出了无线电能传输技术，但由于当时电力电子器件速度、功率容量及经济原因等限制没能很好地实现[1]。
直到1968年，美国科学家与航空航天工程师Peter Glaser提出利用微波通过太阳能卫星向地球传输电能的空间太阳能电站概念[2]。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究
第35卷第1期2024年3月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.35No.1 Mar.2024磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究王胜1，高远*1,2，王月武1（1.广西科技大学自动化学院，广西柳州545616；2.广西汽车零部件与整车技术重点实验室（广西科技大学），广西柳州545616）摘要：为解决磁耦合谐振式无线电能传输（magnetically coupled resonant wireless power transfer,MCR-WPT）系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题，提出一种无模型自适应频率跟踪方法。
该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入，以控制器输出来调控发射端的交流电源频率；控制器设计不依赖于系统的精确数学模型，而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。
MCR-WPT系统的控制仿真结果表明，相比传统的PI控制，该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态，而且具有更好的谐振频率跟踪性能，对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。
关键词：磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）；传输效率；频率跟踪；无模型自适应控制中图分类号：TM724；TP273.2DOI：10.16375/45-1395/t.2024.01.0100引言去导线连接是现代智能充电技术发展的一个重要趋势[1-2]。
磁耦合谐振式无线电能传输（magnetically coupled resonant wireless power trans‐fer,MCR-WPT）因其传输距离较远、传输效率较高，已成为当前无线充电的主流技术之一，在电动汽车、AGV小车、手机等领域的无线充电方面具有广泛的应用前景[3-5]。
在实际应用中，受到工作温度、趋肤效应等因素影响，MCR-WPT系统谐振电路的器件参数会发生时变，使得系统频率失谐而导致电能的传输效率降低[6-7]。
磁感应式无线电能传输系统拓扑与控制的研究
磁感应式无线电能传输系统拓扑与控制的探究摘要：本文探究了一种基于磁感应原理的无线电能传输系统。
该系统包括两个主要部分：传输端和接收端。
传输端通过产生恒定频率的交变磁场，将能量传输到接收端的电感装置中。
本文着重探究了系统拓扑结构的设计以及控制策略的优化。
起首，我们提出了一种新的多拾取线圈结构来增强能量传输效率。
然后，通过分析系统动态特性，我们建立了一种简易且有效的控制模型，有效地解决了传输效率低、传输距离短等问题。
最后，通过仿真探究了系统参数对传输效率的影响，并与传统无线电能传输系统进行了比较分析。
探究结果表明，所提出的拓扑结构和控制策略能够显著提高系统的能量传输效率，进一步推动磁感应式无线电能传输技术的进步。
关键词：磁感应式传输；无线电能传输；拓扑优化；控制策略；仿真分析1. 引言无线电能传输作为一种新兴的能源传输方式，具有很大的潜力。
它不仅能够实现传统电线无法实现的遥距离传输，还可以有效地解决一些特殊环境下的能源供应问题。
无线电能传输技术目前已经具备了一定的工业应用前景，例如医疗设备、物联网传感器等领域。
基于磁感应原理的无线电能传输系统主要由两个部分组成：传输端和接收端。
传输端通过沟通电源产生恒定频率的交变磁场，将能量传输到接收端的电感装置中，接收端通过整流电路将交变信号转化为直流电压，从而实现能量的转换和存储。
然而，磁感应式无线电能传输系统存在一些问题，例如传输效率低、传输距离短等。
针对这些问题，本文提出了一种新的拓扑结构和控制策略，以提高系统的能量传输效率和传输距离。
2. 系统拓扑结构的设计2.1 多拾取线圈结构传统无线电能传输系统的拓扑结构通常由一个发射线圈和一个接收线圈组成。
然而，由于空间中的能量传输效率受到距离、方向等因素的影响，因此单一线圈的传输距离分外有限。
为了克服这一问题，本文提出一种新的多拾取线圈结构。
该结构由多个发射线圈和接收线圈组成，如图1所示。
[图1] 多拾取线圈结构示意图在多拾取线圈结构中，每个发射线圈都能够向接收线圈发射磁场。
磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计
磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计无线电能传输是一种通过电磁场传输能量的技术，已经在无线充电和电力传输等领域得到应用。
磁耦合谐振式无线电能传输系统是一种高效、稳定的无线电能传输方式，本文将详细介绍其设计。
首先，我们需要设计传输系统的基本结构。
磁耦合谐振式无线电能传输系统由两个主要部分组成：发送端和接收端。
发送端由电源、谐振电路和电磁辐射装置组成；接收端由谐振电路、整流电路和负载装置组成。
在发送端，电源提供电能给谐振电路，谐振电路通过调节谐振电容和谐振电感的数值来产生与接收端谐振频率相匹配的电磁场。
电磁辐射装置将电磁场辐射出去，以传输能量。
在接收端，谐振电路接收到发送端辐射出的电磁场，并与发送端的谐振频率相匹配。
整流电路将接收到的电磁能量转换为直流电能，供给负载装置使用。
为了实现高效的能量传输，需要对谐振电路进行精确的设计。
首先，需要通过计算确定发送端和接收端的谐振频率。
谐振频率的计算公式为：f=1/(2*π*√(LC))，其中f是谐振频率，L是谐振电感，C是谐振电容。
通过调节谐振电容的数值，可以精确控制谐振频率。
另外，谐振电路中的谐振电感可以通过螺线管或变压器等电感元件来实现。
电感元件的选择需要考虑到频率范围和能量传输效率等因素。
同时，为了增加能量传输的效率，可以采用功率放大器来提高传输功率。
功率放大器将发送端的电能转换为电磁能量，并将其放大到适合的功率水平。
为了确保安全性，还需要考虑电磁辐射的控制。
可以使用屏蔽罩或改变电磁场的辐射模式来减小电磁辐射范围。
此外，在实际应用中，还需要考虑传输距离和传输效率等因素。
在设计过程中，可以通过试验和模拟来进行优化。
总之，磁耦合谐振式无线电能传输系统是一种高效、稳定的无线电能传输方式。
通过精确设计谐振电路和选取合适的电感元件，可以实现高效能量传输。
同时，需注意对电磁辐射的控制，以确保系统的安全性。
磁共振耦合无线电能传输系统研究
磁共振耦合无线电能传输系统研究作者：周家麒刘丽莎林海洪来源：《科技风》2016年第15期摘要：磁共振耦合是一种新型的无线电能传输方式，打破了电磁感应和电磁波等无线电能传输方式传输距离和传输效率不可兼得的矛盾，为中距离内高效率无线电能传输提供了一种解决方案。
本文利用互感耦合模型，推导出磁共振耦合无线电能传输系统磁耦合结构的等效电路模型，利用这个模型可以得到磁耦合结构的传输效率和传输功率的表达式。
关键词：磁共振耦合；空心螺线管线圈；等效电路模型；电能传输1 研究背景传统的电气设备都是通过插头或插座等电连接器接触进行供电。
这种传输方式由于存在摩擦、磨损和裸露导线，很容易产生接触火花，影响供电的安全和可靠性，缩短电气设备的使用寿命，而且无法满足一些特殊应用场合电能传输的需求。
目前无线电能传输主要有以下方法：大尺度的无线电能传输方式[ 1 ]、小尺度的无线电能传输方式[ 2 ]、中尺度的无线电能传输方式[ 3 ]。
近场谐振技术是由MIT的研究人员最先提出的，为了实现电能的远距离输送，一般在研究WPT技术时都主要着眼于电磁场的辐射区，而很少涉足电磁场辐射区之前的近场，但恰恰近场内电磁波具有的特性会使电能无线传输的效率成倍增加，在MIT的实验中，1米的距离上甚至可以达到90%的惊人效率[ 4 ]。
2 模型建立磁共振耦合无线电能传输系统结构为工频AC/DC整流滤波电路从市电取得交流电能并转化为脉动的直流电能，通过DC/DC稳压电路得到稳定的直流电能，为高频振荡电路和功率放大电路提供稳压电源。
高频振荡电路产生MHz级的正弦波信号，并通过高频功率放大电路产生具有的一定输出功率的正弦激励源。
正弦激励源经由发射线圈进行电磁变换，把能量以磁场的方式无线传输到接收线圈，接收线圈感应到此能量并进行磁电变换，为纯阻性负载提供高频电能[ 5 ]。
2.1 空心螺线管线圈的高频阻抗模型本次设计采用螺线管线圈作为磁耦合结构的谐振线圈。
共振原理实现无线电力传输
利用共振原理实现无线电力传输这个系统利用了共振(当一个物体与另一个物体的固有频率一样时，就会产生震动)原理。
当两个物体的振动频率相同时，它们传递能量的强度不会受到周围事物的影响。
索亚克教授解释说：“如果房间内放了许多相同的杯子，你向瓶中倒入不同度数的葡萄酒，这时这些杯子就会产生不同的振幅。
”例如，如果用勺子敲击，每个杯子都会发出不同的声音。
“如果我进入房间，开始用非常高的声音歌唱，当我的声音与其中一个杯子的频率相同时，它就有可能爆炸。
”据英国广播公司2007年6月19日报道，这个无线电力传输不像现在的电力设备，它可以避免被鼠巢破坏，减少很多麻烦，因为它并不需要电线连接。
研究人员在《科学》杂志上对这种设备作了详细介绍。
在实验测试中，这个设备让距离它2米(7英尺)的一盏80瓦电灯泡发出光亮。
该装置被称作WiTricity，研究人员根据物理学原理研发了它，这种设备还适合为膝上型电脑等装置提供电源。
WiTricity利用的是低频电磁波共振，而不是利用声学共振。
在实验中，两个感应器都以10兆赫的频率震动，产生共振，让能量在两者之间传递。
伦敦帝国学院的约翰·本德莱教授解释说：“随着每一次共振，感应器中会有更多的电压产生。
”经过产生多次共振，感应器表面就会集聚足够的能量，让灯泡发出光亮。
这个能量的集聚也是为什么一位歌手用与杯子相同频率的声音歌唱时，杯子不会立刻破裂的原因。
本德莱教授说：“酒杯不断集聚能量，直到能将自己打碎。
”据本德莱教授说，利用波长为30米(100英尺)的低频电磁波具有安全优势。
他说：“通常用千兆赫兹(更短的波长)的手机时，会有电场和磁场辐射同时产生。
”这个过程就是我们所知的“远声场”的一个典型特征，这种场是从振幅超过一个波长的设备里产生的，如果振幅小于一个波长，产生的将主要是磁场。
约翰说：“身体对电场的反应很强烈，这也是为什么你能利用微波炉烹制鸡肉的原因。
但是磁场不会对人体产生影响。
无线电能传输系统控制方法综述
原边线圈组 ＜， Ｊ ＞ ＞
般 来 说 ，Ｉ Ｃ Ｐ Ｔ系统 采 用 两 线 圈结 构 ，根 据
系统 中谐 振补 偿 电路拓 扑种 类 ，可 以分 为 Ｓ Ｓ 、Ｓ Ｐ 、 副边补偿网络 Ｐ ｓ和 Ｐ Ｐ四种类 型 。根据 不 同的应 用需 求 ，为 了将
Ｉ Ｃ Ｐ Ｔ系统 与 逆变 器和 负 载进 行 匹配 ，Ｉ Ｃ Ｐ Ｔ系统一
１
∞ ＋ ＋ ∞ ｓ
ｊ ∞
＋
１
＋ ＋
（ １ ）
系统功率输 出
图 １ 无线充 电系统控 制框 图
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ
２ ＷＰ Ｔ系统 理论分析
一
电能 传输单 元参 数的变 化如 谐振 电容 的衰减 、磁性 材料 对于 电感参 数的影 响 、传 输 距离 的变化 、负载 参数 的轻微 改变甚 至是 外界 环境 如温度 的变 化 ，将 引起 系 统 参数 的 变化 ，进 而 导 致 ｗＰ Ｔ系统 输 出 电 压／ 电流 发 生改 变 。在实 际应 用 中 ，一 般 采用 系统 输 出控制策 略 ，实现无线 电能传输 系统可控输 出 】 。 无 线 电能 传 输 系统 与 传 统 的 电 力 电子 设 备 有 所不 同 ，通 过 电磁耦 合作用 ，实现 电能 在原 边线 圈 （ 或 线 圈组 ）和副 边 线 圈 （ 或 线 圈组 ）气 隙 间的 传 输 ，系统结 构如 图 １ 所示 。气隙 间不存在 电气连接 ， 且原 、副边 侧控 制单元 相互 独立 ，存在 一定 空 间距 离 ，难 以在 原 、副边 侧 之 间构 成 导体 的反 馈 回路 ， 因此 传统 的 由导 线直接 反馈 电信号 构 成闭环 系统 不 适 合 ｗＰ Ｔ控 制 系统 。实 际 系统 中 ，ＷＰ Ｔ系统 的 原 边控 制 器与副 边控制 器之 间往往 采用 无线 方式进 行 通信 ，如射 频 、蓝 牙和 红外 等。但 也会 带来 一些 问 题 ： 一方面 ，采用 无线通信进行信息传输会带来反馈 信息的传输延时 ； 另一方面 ，系统工作时 电磁环境复 杂 ，导致 无线通信数 据的速率 低、误码 率高 等问题 ， 难以将无线通信的信息数据作 为控制的唯一 依据 。
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10 10
1
2
k1
k2
k1
k2
通过调整两侧直流变比，在控制输出电压的同时实现最高效率
21
算法描述
+ Vin k1
DC/DC
+ V1 DC/AC -
C1 R1 L1
k P L2
C2 R2
+ V2 DC/DC k2 RL
+ Vo -
Iin
控制器
Vo
扰动k2
前级DC/DC变比 k1
输出恒压曲线 调整前的工作点 最大效率点
磁共振无线电能传输系统的稳态控制策略: 效率优化控制
李弘昌
磁共振无线电能传输技术概述
1
无线电能传输的早期实验
特斯拉的实验室 （科罗拉多） 1900s
沃登克里弗塔 （长岛）
微波整流天线 （普度大学）
微波电能传输 （雷神公司） 1960s
2
使用电力电子装置的近场电能传输
移动设备 负载 功率 功率模块 通信模块 接收器 发射器 功率模块 功率 系统控制 充电基站 通信模块 功率模块 功率 发射器 通信模块
频率跟踪
频率跟踪 前级变换 后级变换 相位控制 投切电容 受控电感 打嗝控制 谐波控制 相位控制 锁相与PWM 双边控制
韩国高等科学技术研究院
三星电子和庆熙大学，奥克兰大学 重庆大学，加州大学圣克鲁斯分校 韩国高等科学技术研究院，北卡州立大学 奥克兰大学 奥克兰大学 奥克兰大学 重庆大学 中科院电工所 奥克兰大学，重庆大学 香港理工大学 犹他州立大学
10
0
0 1 10
10
-1
0 -1 10
10
1
k / kN
RL / RLN
若所有控制方法均保持电压增益不变，则： 耦合系数k或负载电阻RL相对匹配值变化越大，最大效率跟踪控制策略 相对于其它控制策略获得的效率提升越显著。
23
实验系统
直流电压源 能量流动 耦合谐振网络 Buck D类半桥逆变器 D类半桥整流器 Boost 负载电阻
逆变器下管驱动 （5V/格）
逆变器下管电压 （50V/格）
RL=120W（调试）
传输距离：20cm
800ns 发射侧谐振电流 （2A/格） 接收侧谐振电流 （2A/格）
整机效率：85%
27cm
输出功率：100W
19
参数变化对开环系统的影响
+ Vin + V1 DC/AC
+ U1
C1 L1
k P L2
逆变器 + V1 S1 S2 耦合谐振网络 M C1 C2 L1 L2 整流器 D1 RL D2 +
1
V2
-
0.5
（a）开关电路 + + U1 P1 R1 C1 IL1 L1 UC1 M P L2 IL2 R2 UC2 + C2 P2 Re + U2 -
0 4 x 10
6
3
10 10
1
2
s (rad/s)
11
控制目标：功率最大化/输出恒压
电流相位 透射系数
过耦 合 欠耦 合
S21 幅度
电流幅值
电流(A)
跟踪分裂频率
k
频率(MHz)
电压增益
发射侧 接收侧
频率(Hz)
频率(kHz)
12
控制目标：调节输出电压
Pout t
输出功率(W)
Buck
ip
频率(MHz)
t
Boost
t t t
VS3
跟踪频率分裂点 跟踪输出功率 频率
26
谐振网络 D2
负载
电源
S
谐振 网络
Class E
谐振 网络
负载
8
WPT稳态控制策略概述
9
我们需要怎样的稳态控制策略？
控制目标： 传输功率最大化 / 调节输出电压 / 实现软开关 / 实现高效率
电源
DC/DC
DC/AC
P
DC/DC
负载
控制方式： 变比
频率 相位
电抗
电抗
相位
变比
10
稳态控制策略的研究现状
2
10
0
Re (Ω)
（b）交流等效电路 + U1 R1 L1 IL1 Zr + E （c）解耦电路 L2 IL2 R2 + Re U2 -
频率条件：s=2
C2
C1
负载条件：Re=Rmatch
（Rmatch 与耦合系数、品质因数、ESR有关）
18
开环实验系统
fs=512kHz（满足频率条件）
直流电压源 D类半桥逆变器 耦合谐振网络 负载电阻 D类半桥整流器
C2
+ U2
+ V2 RL -
+ Vo -
- R1
R2 -
5 4
1
Vo/Vin
3 2 1
10
-1
0
-2
2
0.5
10
-1
0
-2
10 10
1
10 10
1
2
10
10
k
10
-3
10
0
RL (Ω)
k
10
-3
10
0
RL (Ω)
耦合系数和负载电阻的变化会显著影响电压增益和效率
20
最大效率跟踪控制策略
+ Vin k1
韩国高等科学技术研究院，北卡州立大学 奥克兰大学 奥克兰大学 奥克兰大学 重庆大学 中科院电工所 奥克兰大学，重庆大学
依赖参数 的准确性
香港理工大学 犹他州立大学
15
对稳态控制策略提出目标
效率最高 输出电压可控
不依赖精确地参数测量或估算
16
最大效率跟踪控制策略（MEPT）
17
交流等效电路的效率最大化条件
控制目标 传输功率最大化 传输功率最大化 传输功率最大化 控制方式 频率跟踪 投切电容 后级变换 研究机构 华盛顿大学 东京大学，韩国大学，华盛顿大学 东京大学，上海交通大学
输出电压恒定
调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节发射侧谐振电流 调节输出&软开关 调节输出&效率最高
驱动 驱动 距离(m)
整流 VS4
ZVS VS2 检测
VS1 射频 接收
原边
射频 发送
电压 副边 检测
开关信号 副边控制
t
开关信号 原边控制
频率跟踪
前级调压
后级调压
相位控制
打嗝控制
13
控制目标：调节输出&效率最高
计算负 载电阻 计算 效率 计算互感M 计算副边带载 品质因数
双边控制 优点：同时满足了两个主要控制目标 缺点：严重依赖参数估算和准确测量
FPGA 2.4GHz 无线通信
FPGA
Buck + Vin -
逆变器 k
整流器
Boost + RL Vo -
24
实验结果
• 参数变化时保持了输出电压不变：
•
相对其他控制策略实现了更高的效率：
25
致谢
徐明教授 杨旭教授 陈文洁教授 课题组的同学们 中国自然科学基金 CDE公司 Infineon公司
负 载
3
无线电能传输技术分类
无线电能 传输
远场
近场
可见光
微波
电耦合
磁耦合
磁共振
灯泡
特点：高品质因数、高工作频率、定频工作
4
磁共振无线电能传输系统的结构
发射侧 接收侧
共振耦合 P
电源
DC/AC
负载
系统的核心元件是耦合谐振单元
5
常见的谐振线圈类型
（a）利兹线双D型电感线圈
（b）利兹线圆形电感线圈
（c）铜线自谐振线圈
14
控制策略研究现状总结
控制目标 传输功率最大化 传输功率最大化 传输功率最大化 控制方式 频率跟踪 投切电容 后级变换 研究机构 华盛顿大学
输出电压恒定
调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节输出电压 调节发射侧谐振电流 调节输出&软开关 调节输出&效率最高
DC/DC
+ V1 DC/AC -
C1 R1 L1
k P L2
C2 R2
+ V2 DC/DC k2 RL
+ Vo -
Iin
控制器
Vo
4 3
1 0.8 0.6
Vo/Vin
0.4 0.2 0 2 1.5 1 0.5 10 0 10
-1 0 2
2 1 0 2 10 10
1
1.5 1 0.5 10 0 10
无 法 实 现 最 高 效 率
频率跟踪
频率跟踪 前级变换 后级变换 相位控制 投切电容 受控电感 打嗝控制 谐波控制 相位控制 锁相与PWM 双边控制
不能调整 输出电压
东京大学，韩国大学，华盛顿大学 东京大学，上海交通大学
韩国高等科学技术研究院
三星电子和庆熙大学，奥克兰大学 重庆大学，加州大学圣克鲁斯分校
（d）PCB自谐振线圈
6
四种基本谐振拓扑
C1 U L1 M L2 C2 Re U C1 L1 M L2 C2 Re
串联-串联 M I C1 L1 L2 C2 Re I
串联-并联 M C1 L1 L2 C2 Re
并联-串联
并联-并联