双 LCC补偿型（LCC-LCC型）5kW无线充电系统（WPT）仿真模型研究（Simulink仿真实现）

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💥1 概述

双LCC补偿型（LCC-LCC型）5kW无线充电系统（WPT）仿真模型研究

一、系统概述

双LCC补偿型（LCC-LCC型）无线充电系统采用磁耦合谐振技术，通过双边LCC补偿网络实现高效的电能传输。该系统具有传输效率高、抗偏移能力强等优点，广泛应用于电动汽车、无人机等大功率无线充电场景。

二、系统参数设计

1. 激励源参数：

   • 激励源电压：220V（有效值）
   • 工作频率：85kHz（符合国际无线充电标准，对应角频率ω=5.34×10⁵ rad/s）

2. 负载参数：

   • 负载电阻：40Ω
   • 输出功率：5kW

3. 补偿网络参数：

   • 双LCC补偿网络由发射端和接收端的LCC谐振电路组成，具体参数包括电感、电容值，这些参数通过理论公式推导计算得出，确保系统工作在谐振状态。

三、效率优化策略

1. 元件寄生电阻调整：

   • 在仿真过程中，可通过调整元件寄生电阻参数来进一步优化系统效率。寄生电阻的减小可以降低元件的功率损耗，从而提高系统整体效率。

2. 拓扑结构改进：

   • LCC型补偿谐振拓扑结构来源于LCL型拓扑，通过优化元件内阻设计，可以在保持结构简洁性的同时显著提升效率。

四、性能指标

1. 效率：

   • 5kW无线充电模型实测效率达到92.58%，部分优化后可达92.64%甚至更高（如92.96%）。这表明双LCC补偿拓扑在保持较好鲁棒性的同时，传输功率有明显提高。

2. 功率传输：

   • 系统能够实现5kW的功率传输，满足大功率无线充电需求。

五、波形分析

仿真平台支持以下关键信号监测，便于分析系统传输特性：

1. 载波电流/电压波形：反映系统传输过程中的电流电压变化情况。
2. 发射/接收线圈瞬态响应：监测线圈的电流电压波形，分析磁耦合谐振特性。
3. 逆变电路驱动信号与输出特性：观察逆变电路的驱动信号及输出电流电压波形，评估逆变效率。
4. 功率传输效率动态曲线：实时对比输入/输出功率，分析系统效率变化。

六、控制策略

1. 恒流/恒压控制：

   • 根据锂电池的充电特性，采用恒流恒压两段式充电模式。在充电初期采用恒流充电，快速补充电量；在充电后期采用恒压充电，避免电池过充。

2. 闭环控制：

   • 通过PI控制环节实现恒压值或恒流值的精确控制。设定值与反馈值的差通过PI环节输出控制量，限幅至0到1之间，控制逆变电路移相占空比。

3. 相位同步：

   • 采用数字锁相环实现原副边相位的同步，保证能量高效平稳传输。通过过零检测实时同步原副边移相角，提高系统稳定性。

七、附加模型

为方便对比研究或教学演示，附赠60W小功率无线充电仿真模型：

1. 直流输入电压：40V
2. 负载电阻：11.4Ω
3. 效率：实测效率达到94.38%，适用于低功率场景研究。

📚2 运行结果

🎉3 参考文献 

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🌈4 Simulink仿真、电路参数计算文档、参考文献

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