频率跟踪式电动汽车无线充电系统的研究
=R4，R5=R6。
2.4相位补偿电路
在电路中，电流采样、锁相环电路跟踪、差动放大和MOSFET开关等环节出现有时间延迟现象，导致高频谐振逆变器工作在容性状态。因此，需要对系统进行相位补偿，使逆变器工作在准谐振状态。相位补偿电路波形如图5所示，电流检测放大电压信号vρ作为相位补偿参考电压Vref。当检测电流变时，Vref与检测信号成正比变化，从而保证补偿相位不随检测电流变化而波动，导致补偿量不稳定。电路中设置可调电阻Rρ调节Vref的电压实现补偿量的灵活可调。
2.5锁相环控制方法
锁相环电路由74HC4046鉴相器、外接RC无源滤波器和压控振荡器（VCO）组成，如图6所示。输入信号ve进入鉴相器进行比较，当两者相位存在差异时，输出电压信号控制74HC4046的9脚，改变VCO振荡频率，使VCO的输出信号与ve接近，直到两信号一致，锁相环输入与输出信号同步，锁相环电路由74HC4046鉴相器、外接RC无源滤波器和压控振荡器（VCO）组成如图6所示。输入信号vc进入鉴相器进行比较，当两者相位存在差异时，输出电压信号控制74HC4046的9脚，改变VCO振荡频率，使VCO的输出信号与vc接近，直到两信号一致，锁相环输入与输出信号同步，从而实现频率跟踪。本电路中，利用R11，R12，C5，D1组成启动电路，当锁相环加电源后电容C5充电使VCO电压下降，锁相环输出信号从最大降到最低，只维持在LC固有谐振频率，系统进入自动入锁。
3 实验结果
文中谐振耦合系统频率1MHz的谐振耦合系统。高频谐振逆变器输出功率45W左右。开关管采用IRF840； PWM驱动采用UC8421高速集成驱动芯片。差分放大和比较器分别采用高速运放LM318和高速比较器LM311；光电耦合采用4N35，工作频率达4MHz。
试验时，微调发射回路谐振频率在锁相环跟踪范围0.99-1.1 MHz内变化，测得锁相环输出脉冲Vout。在参数相同情况下，有频率跟踪的谐振无线传输电能系统实验数据如下：输入电压为DC30V/1.OA，传输距离为3cm。无频率跟踪时输出电压有效值为68.7V，负载电压波形存在畸形；有频率跟踪时，输出电压为106.8V，正弦波波形良好。经比较可知，两结果数据，频率跟踪时电压损失小，功率损失小，传输效率高。
通过改变传输距离D，分别设为3cm、5cm、lOcm、15cm和20cm时，传输曲线如图7所示，有频率跟踪与无频率跟踪在不同距离下，均高于无频率跟踪的效率，且随距离增加，效率下降大，与谐振耦合的互感与距离的三次方成反比的理论一致。
4 结束语
电动汽车无线充电技术具有方便快捷的优点，无线传输距离不同，导致谐振失谐，导致传输效率低下。通过对LC谐振耦合无线转输电能的理论研究分析，发射线圈电感量的微小变化，造成传输效率大大减小，接收端电感的变化对传输影响不大。本文设计以频率跟踪系统实现对发射线圈频率跟踪控制。实验结果表明，采用频率跟踪时，电能传输效果比无频率跟踪高。从而解决谐振耦合无线传输电能中失谐引起传输效率低下问题，具有推广实用性。
参考文献：
[1]武瑛，严陆光，徐善纲，运动设备无接触供电系统耦台特性的研究[J]电工电能新技术，2005，24（3）：5—8
[2]朱俊，电动汽车的无线充电技术[J]汽车工程师，2011（12）：50—52
[3]王任，曲卫迎无线充电技术及其在电动汽车上的应用初探[J]科技创新导报，2010，29（1）：59一59
[4]武瑛，严陆光，黄常纲等，新型无接触电能传输系统的性能分析[J]中国电机学报，2004，24（5）：63—66
[5]Hirai J J，Klm T W.Kawamura A WlreIess transmlssIon of Dower and lnfomation for cableless linearmotodriv[J]IEEE transactlonson power Eledronlcs，2014，15（1）：21—27
[6]Esser A，SkudeInv H C.A new approach to power suppIIes for robots[J]IEEE TransactIons on industry applicatlons 2014，27（5）：871—875
[7]mandatou C，Khan M J，Fan Shanhui，et aI.coupling of modes anaIysIs of resonant channeI add—drop filters[J].IEEEloumal ofouanfum EIedronlcs，2013.35（9）：1332—1334
2.4相位补偿电路
在电路中，电流采样、锁相环电路跟踪、差动放大和MOSFET开关等环节出现有时间延迟现象，导致高频谐振逆变器工作在容性状态。因此，需要对系统进行相位补偿，使逆变器工作在准谐振状态。相位补偿电路波形如图5所示，电流检测放大电压信号vρ作为相位补偿参考电压Vref。当检测电流变时，Vref与检测信号成正比变化，从而保证补偿相位不随检测电流变化而波动，导致补偿量不稳定。电路中设置可调电阻Rρ调节Vref的电压实现补偿量的灵活可调。
2.5锁相环控制方法
锁相环电路由74HC4046鉴相器、外接RC无源滤波器和压控振荡器（VCO）组成，如图6所示。输入信号ve进入鉴相器进行比较，当两者相位存在差异时，输出电压信号控制74HC4046的9脚，改变VCO振荡频率，使VCO的输出信号与ve接近，直到两信号一致，锁相环输入与输出信号同步，锁相环电路由74HC4046鉴相器、外接RC无源滤波器和压控振荡器（VCO）组成如图6所示。输入信号vc进入鉴相器进行比较，当两者相位存在差异时，输出电压信号控制74HC4046的9脚，改变VCO振荡频率，使VCO的输出信号与vc接近，直到两信号一致，锁相环输入与输出信号同步，从而实现频率跟踪。本电路中，利用R11，R12，C5，D1组成启动电路，当锁相环加电源后电容C5充电使VCO电压下降，锁相环输出信号从最大降到最低，只维持在LC固有谐振频率，系统进入自动入锁。
3 实验结果
文中谐振耦合系统频率1MHz的谐振耦合系统。高频谐振逆变器输出功率45W左右。开关管采用IRF840； PWM驱动采用UC8421高速集成驱动芯片。差分放大和比较器分别采用高速运放LM318和高速比较器LM311；光电耦合采用4N35，工作频率达4MHz。
试验时，微调发射回路谐振频率在锁相环跟踪范围0.99-1.1 MHz内变化，测得锁相环输出脉冲Vout。在参数相同情况下，有频率跟踪的谐振无线传输电能系统实验数据如下：输入电压为DC30V/1.OA，传输距离为3cm。无频率跟踪时输出电压有效值为68.7V，负载电压波形存在畸形；有频率跟踪时，输出电压为106.8V，正弦波波形良好。经比较可知，两结果数据，频率跟踪时电压损失小，功率损失小，传输效率高。
通过改变传输距离D，分别设为3cm、5cm、lOcm、15cm和20cm时，传输曲线如图7所示，有频率跟踪与无频率跟踪在不同距离下，均高于无频率跟踪的效率，且随距离增加，效率下降大，与谐振耦合的互感与距离的三次方成反比的理论一致。
4 结束语
电动汽车无线充电技术具有方便快捷的优点，无线传输距离不同，导致谐振失谐，导致传输效率低下。通过对LC谐振耦合无线转输电能的理论研究分析，发射线圈电感量的微小变化，造成传输效率大大减小，接收端电感的变化对传输影响不大。本文设计以频率跟踪系统实现对发射线圈频率跟踪控制。实验结果表明，采用频率跟踪时，电能传输效果比无频率跟踪高。从而解决谐振耦合无线传输电能中失谐引起传输效率低下问题，具有推广实用性。
参考文献：
[1]武瑛，严陆光，徐善纲，运动设备无接触供电系统耦台特性的研究[J]电工电能新技术，2005，24（3）：5—8
[2]朱俊，电动汽车的无线充电技术[J]汽车工程师，2011（12）：50—52
[3]王任，曲卫迎无线充电技术及其在电动汽车上的应用初探[J]科技创新导报，2010，29（1）：59一59
[4]武瑛，严陆光，黄常纲等，新型无接触电能传输系统的性能分析[J]中国电机学报，2004，24（5）：63—66
[5]Hirai J J，Klm T W.Kawamura A WlreIess transmlssIon of Dower and lnfomation for cableless linearmotodriv[J]IEEE transactlonson power Eledronlcs，2014，15（1）：21—27
[6]Esser A，SkudeInv H C.A new approach to power suppIIes for robots[J]IEEE TransactIons on industry applicatlons 2014，27（5）：871—875
[7]mandatou C，Khan M J，Fan Shanhui，et aI.coupling of modes anaIysIs of resonant channeI add—drop filters[J].IEEEloumal ofouanfum EIedronlcs，2013.35（9）：1332—1334
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