用于计算无线充电中LCC补偿网络器件参数的小程序

2021-04-30 14:52 471人阅读评论(0)

01 LCC网络参数

1.接收端LCC补偿参数小程序

下面是由参加 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛 的同学根据 无线充电LCC补偿 方案制作的 LCC参数计算小程序 。点击下面图片便可以进入该小程序界面。

^{▲ 计算LCC补偿小程序}

2.发送端LCC计算Python程序

在 无线节能信标调试说明-2021-3-3 中，根据 无线功率发送器与接收实验：设定为200kHz 中计算LCC参数过程，编制LCC的计算程序。其中关于电路的基本工作参数在程序前面设定。

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# LCCCAL.PY                    -- by Dr. ZhuoQing 2021-03-03
#
# Note:
#============================================================

from head import *

#------------------------------------------------------------
Rload = 10                          # Receive load: ohm
RLB = Rload*8/pi**2
f0 = 150e3                          # Work frequency:Hz

M12 = 9.5e-6                        # H
L0 = 29e-6                          # H
P0 = 50                             # Output Power:W

#------------------------------------------------------------
Rref = (2*pi*f0*M12)**2/RLB         # Reflect resistion

printf("Reflect Load :%f"%Rref)

Ubus = 24                           # V
U1 = Ubus*sqrt(2)/pi

Effi = 0.8                          # Efficient
Pref = P0/Effi

I0 = sqrt(Pref/Rref)

printf("I0:%f"%I0)

#------------------------------------------------------------
Xp = U1/I0
Lp = Xp/(2*pi*f0)
Cpp = 1/(2*pi*f0*Xp)
Cps = 1/(2*pi*f0*(2*pi*f0*L0-Xp))

printf('Xp=%5.3f uH'%(Xp*1e6))
printf('Lp=%5.3f uH'%(Lp*1e6))
printf('Cpp=%5.3f nF'%(Cpp*1e9))
printf('Cps=%5.3f nF'%(Cps*1e9))

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : LCCCAL.PY
#============================================================

02 计算实例

1.设计发送LCC补偿网络

在 无线节能信标调试说明-2021-3-3 给出了150kHz, 50W用于 节能无线信标充电板 的发射板的LCC补偿参数计算示例。

（1）设计条件

输出负载： $R_L = 10\Omega$ ，对应全桥整流
工作频率： $f_0 = 150kHz$
发送线圈电感： $L_p = 29\mu H$
两个线圈之间的互感： $M_{12} = 9.5\mu H$
功率输出： $P_0 = 50W$
传输效率： $\eta _0 = 0.8$
半桥MOS工作电压： $U_{bus} = 24V$

在150kHz的工作情况下，LCC的参数为：

参数	数值	单位
T型LCC网络左侧电感：Lp	4.560	uH
T型LCC网络下侧电容：Cpp	246.9	nF
T型LCC网络右侧电容：Cps	46.1	nF

2.设计接收LCC补偿网络

在 经过标定后的ESP32对于节能信标组充电过程测量 给出了基于小型接收线圈接收无线电能的LCC补偿参数计算示例。

^{▲ 测量线圈的重量}

线圈的基本参数：

电感（uH）：13.79
电阻（Ω）：0.068
重量（g）：47
尺寸：内径：7.1cm；外径10.9cm
匝数：10匝

在 火中取栗 给出了该线圈在发射线圈中，感应电动势为：10.3V。

【1.设计条件】

参数名称	数值	单位
输出电流 $I_0$	5	A
输入电压 $U_0$	10	V
接收线圈电感 $L_0$	13.79	$\mu H$
工作频率 $f_0$	150	$k H z$

【2.设计参数】

参数名称	公式	数值	单位
LCC基本电抗	$X_0 = { {U_0 } \over {I_0 }}$	$\over 5} = 2$	Ω
输出电感	$L_s = { {X_0 } \over {2\pi f_0 }}$	$\over {2\pi \times 150kHz}} = 2.122\mu H$	$\mu H$
并联电容	$C_p = {1 \over {2\pi f_0 X_0 }}$	$\over {2\pi \times 150kHz \times 2}} = 530.5nF$	nF
串联电容	$C_s = {1 \over {\left( {2\pi f_0 } \right)^2 \left( {L_0 - L_s } \right)}}$	$\over {\left( {2\pi \times 150kHz} \right)^2 \left( {13.79 - 2.122} \right)\mu H}} = 96.48nF$	nF

下面是LCC参数计算小程序给出测计算结果：

^{▲ 小程序给出的计算结构}

※ 计算方法小结 ※

前面给出了计算发送LCC的Python程序以及接收LCC补偿的小程序。他们的基本原理来自于 无线充电系统在输出部分采用LCC拓扑结构综述研究 。

^{▲ Double-Sided LCC compensation Topology}

诚然使用LCC只是设计中的一种方案，实际可以它还有更多的简化和变种。

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