摘要
无线电能传输（WPT）技术具有非接触传输电能的特点，摆脱了传统电力线插拔带来的磨损，触电等问题，在电动汽车供电方面得到越来越多的应用。 为了缩短充电时间，目前电动汽车充电正在向高电压大功率方向发展，对于无线供电系统，随着传输功率的不断增加，变换器电压应力和发热问题变得更加严重。因此研制具有高输入电压特性和高效率能量变换器对于提高电动汽车无线充电速度是非常必要的。本文针对高压大功率无线供电系统需求，研制了接收端交错并联三电平Buck变换器，在分析了工作模态、结构与拓扑对系统性能影响的基础上，设计了系统硬件电路并进行了实验研究，主要工作如下： 为了明晰系统运行时的能量流动规律和各状态下的系统特性，分析了WPT系统六种开关模态，得到了整流电路后端电压钳位是接收端电流产生畸变的根本原因。针对三电平方案引入的飞跨电容电压平衡问题进行了分析，得出了其具有自平衡的特性但仍然受开关驱动的不对称性影响，因此仍然需要控制，本文分析了飞跨电容变化和开关管占空比的关系，提供了飞跨电容电压环路控制策略。接着通过推导三电平Buck的数学模型，确定了其控制方法和软件程序逻辑结构。 进行接收端三电平Buck变换器的硬件电路设计，分析了大功率传输下三电平方案的适用性，并考虑到车载可用辅助电源问题，确定了接收端变换器的电路拓扑结构，同时对接收端变换器主电路器件选型、辅助源电路和驱动电路等进行了分析和设计。 研究提高系统效率的方法，对影响接收端变换器效率的软开通和交错并联结构两种方法进行了研究。研究两种方法的实现方法，分析了其对于系统损耗的影响。得到了交错并联两路电流相同时，效率更高的结论。同时分析了两路电流不均原因，并设计了均流控制方法，接着通过仿真验证了软开通策略和均流控制策略的可行性。 搭建了基于三电平Buck变换器1kW的WPT系统平台，进行实验研究。实验表明：所设计的接收端变换器输出特性与所设计相符，所设计的飞跨电容电压在电路中具有自平衡特性以及所设计控制策略的准确性，软开通策略在小功率传输时具有效率优势，交错并联结构相对于单路结构在大功率传输时具有优势。
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