非接触通用供电平台多负载解谐控制方法研究

并联解谐控制的简化模型如图3所示，当电路解谐时，电感和电容的电抗都将随之改变。此时，负载上的电流可以表示为：

为了进一步说明负载电流和电容值的变化关系，根据图3给出如下关系式(12)：

其中：R表示负载，C表示可变电容，L是拾取线圈电感，VOC是感应的开路电压，IR是负载电流，ω是谐振频率。由式(12)可以看出，如果其他参数如R，L，VOC，ω等都固定不变时，那么负载电流将随电容值的变化而变化，如图4所示。只有在电容的谐振值这一点负载电流值最大，当电容值偏离谐振点电容越大，负载电流的下降也越大。因此，可以采用两种方法来达到电路失谐，控制电流大小的目的，根据可变电容值与谐振点电容值的比较，可变电容小被定义为欠调谐控制和可变电容大被定义为过调谐控制。本文只以欠调谐控制为例来说明动态解谐方法。式(12)给出的是负载电流与可变电容之间的关系，其中负载是一个给定的不变量，而实际设计当中，主要考虑的是负载变动与可变电容之间的关系，如式(13)：

其中：Vo是流经负载的输出电压，R是负载，L是拾取线圈电感，ω是谐振频率，VOC是拾取端感应的开路电压，C是可变电容。在给定的输出电压Vo的前提下，由式(13)可以计算出不同负载下的电容值。因此，可以采用电容在可控的开关频率下开启与关断来等效电容值的变化，具体电路如图5所示。

其中，在该电路中，电容开关控制依据负载输出DC电压反馈与给定的期望电压参考值相比较的结果，产生控制电容开关的输出信号。同时，在可控频率下开关电容Ct开关能够在负载上产生一个所需要的平均电流；而位于开关电容前面的固定电容Cs的作用是为启动电容开关电路提供最小的启动功率。
系统的设计参数为额定谐振频率40 kHz，拾取侧感应开路电压的峰值5．18V，副边线圈电感15．4μH，负载上的输出电压设定为15 V。由式(14)可以求出固定电容值为0．673μH，相应的开关电容值就等于谐振电容值减去固定电容的值，也就是0．357μH。图6给出了负载轻载时，开关电容、固定电容、开关电容驱动信号以及输出负载上的电压波形。图7和图8给出的是动态欠调谐控制下，负载变化上时的输出电压波形及负载上的输出功率情况。从图中可以看出，轻载时，开关电容开关频率较低，该电路尽量保持解谐状态来限制负载上的电压大小，使电压稳定在15 V；同时，输出功率并没有随着负载轻载运行而增加，而相应地有所减少，消除了对其他用电器的功率影响，避免了系统的崩溃。