近年來，無線電能傳輸系統(tǒng)已成為國內外研究的熱點。目前主要有三種基本形式的無線電能傳輸技術：①基于微波的無線電能傳輸技術；②基于電場諧振原理與電磁諧振原理的諧振耦合式無線電能傳輸技術；③基于電場耦合原理與電磁感應原理的感應無線電能傳輸技術。其中電磁諧振耦合式無線電能傳輸（Magnetic Resonant Wireless Power Transfer,MR-WPT）適用于傳輸距離為十幾cm到幾m、傳輸功率為十幾W到幾kW的應用范圍。但是對于典型的初級、次級諧振補償MR-WPT系統(tǒng)，負載大小以及傳輸距離的改變會使系統(tǒng)的傳輸功率與傳輸效率發(fā)生較大的波動。

• 為了在寬范圍的傳輸距離內穩(wěn)定、安全地傳輸能量，有學者通過中繼線圈增加了磁共振無線電能系統(tǒng)的傳輸功率與傳輸效率。
• 有學者針對MR-WPT系統(tǒng)中激勵線圈與初級線圈是否諧振、次級線圈與負載線圈是否諧振，對4種結構模型下的等效阻抗進行了詳細分析。
• 有學者為了保證輸出電壓與輸出功率在一定范圍內保持良好的穩(wěn)定性，提出了新的次級拓撲結構。
• 有學者使用圓形非極化線圈、雙D極化線圈、多繞組極化線圈等不同類型的諧振線圈，提升了傳輸功率容量與偏移距離。
• 有學者采用一種初級串聯、次級串并聯補償（S/SP）拓撲，實現了負載端的恒壓輸出。
• 有學者分別針對初級串聯、次級串聯補償（S/S）與初級串聯、次級串聯補償（S/P），根據初級線圈電流的有效值與負載電壓和電流的關系，設計了一種基于初級線圈的控制策略，能夠在一定的負載范圍內保持恒壓輸出。
• 有學者通過經濟實惠的硬件檢測電路檢測短路電流，實現頻率跟蹤，使系統(tǒng)具有良好的能量傳輸特性，但系統(tǒng)抗干擾能力弱。
• 有學者分析了失諧對無線電能傳輸系統(tǒng)的影響，采用基于二階廣義積分數字鎖相環(huán)的控制策略使無線電能傳輸系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，保證了能量傳輸的最優(yōu)化。
• 有學者通過過零檢測獲取相角信息，運用移相全橋的方式實現了零電壓開關（Zero Voltge Switch, ZVS）。
• 有學者提出了一種初級失諧的串串補償拓撲，系統(tǒng)的輸出功率波動程度能保持在20%以內，且系統(tǒng)效率維持在76%以上。對于MR-WPT系統(tǒng)，需要選用高耐壓的薄膜電容作為諧振電容，每個薄膜電容都存在±5%的誤差，在大量串并聯時難以獲得特定的容值，需要被動地微調諧振電容或調整驅動PWM頻率使系統(tǒng)工作于諧振狀態(tài)。

現有的方法未能充分解決傳輸距離變化導致MR-WPT系統(tǒng)傳輸性能發(fā)生較大波動的問題，難以保證MR-WPT系統(tǒng)在寬范圍的傳輸距離內穩(wěn)定、安全地傳輸能量。為了快速精確地實現頻率跟蹤，保證MR-WPT系統(tǒng)開關管工作于軟開關狀態(tài)，擁有相對平穩(wěn)的能量傳輸特性，本文首先利用互感耦合理論對MR-WPT系統(tǒng)進行建模，采用初級失諧、次級諧振補償，對不同失諧率條件下系統(tǒng)的傳輸性能進行分析，并設計了頻率跟蹤失諧控制系統(tǒng)，精確地對失諧進行了動態(tài)控制。

圖10 MR-WPT系統(tǒng)實驗平臺

總結

由于補償電容的誤差，MR-WPT系統(tǒng)的諧振頻率難以確定，需要被動地調整驅動頻率來獲得較好的傳輸性能。為了解決這個問題，本文采用了一種基于微分鎖相環(huán)的頻率跟蹤失諧控制策略來主動跟蹤MR-WPT系統(tǒng)的諧振頻率，實現初級失諧、次級諧振補償。采用失諧控制策略后，在一定的傳輸距離內，MR-WPT系統(tǒng)傳輸功率的波動程度得到了明顯的改善。