陳 新，黃守道

（1.湖南大學(xué)電氣信息學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082； 2.湖南人文科技學(xué)院能源與機(jī)電工程學(xué)院，婁底 417000）

前言

當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)的各項(xiàng)技術(shù)尚不成熟，特別是動(dòng)力電池?zé)o法取得突破造成電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)、成本高和車(chē)體質(zhì)量大等問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)電力傳輸?shù)某霈F(xiàn)在一定程度上彌補(bǔ)了動(dòng)力電池的不足，目前已經(jīng)成功利用互感線(xiàn)圈電磁感應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車(chē)的大功率靜態(tài)和動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)電力傳輸［1-5］。由于電磁感應(yīng)WPT（wireless power transfer）系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)傳能過(guò)程中，互感線(xiàn)圈必須保持足夠大的互感用來(lái)傳輸電能，互感線(xiàn)圈位置必須保持相對(duì)恒定來(lái)保證系統(tǒng)的傳輸效率和功率。這要求在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)電力傳輸中必須布置足夠多的互感線(xiàn)圈等方式來(lái)保證動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)電力傳輸性能，導(dǎo)致WPT系統(tǒng)成本較高且大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用有較大困難。同時(shí)電磁感應(yīng)WPT系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)電力傳輸過(guò)程中還要考慮電磁輻射對(duì)人體及其周?chē)h(huán)境的影響。

電場(chǎng)耦合電力傳輸（electric-field coupled power transfer，ECPT）系統(tǒng)利用金屬板間電容來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電力傳輸，由于發(fā)射端和接收端采用金屬極板降低了成本，且ECPT系統(tǒng)同樣適用于靜態(tài)與動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)電力的傳輸［6］。例如利用電動(dòng)汽車(chē)保險(xiǎn)桿上的金屬箔與固定充電樁上的金屬箔實(shí)現(xiàn)給電動(dòng)汽車(chē)的靜態(tài)充電，其傳輸功率達(dá)到1 kW，傳輸效率90%以上［7］。文獻(xiàn)［8］中利用電場(chǎng)耦合方式實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力流體軸承靜止表面和運(yùn)動(dòng)表面之間的無(wú)線(xiàn)電能傳輸。文獻(xiàn)［9］則通過(guò)機(jī)車(chē)模型驗(yàn)證了通過(guò)24 pF的金屬板間耦合電容給行進(jìn)中的機(jī)車(chē)提供700 W電力。日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)Takashi Ohira團(tuán)隊(duì)則通過(guò)路面混凝土內(nèi)置金屬和汽車(chē)輪胎之間的板間電容實(shí)現(xiàn)最高1 kW的動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)傳能，并實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)無(wú)電池小車(chē)以10 km/h的速度行駛［10-12］。ECPT系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)傳能，有效減小電池的體積和質(zhì)量，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。而降低ECPT系統(tǒng)的工作頻率、成本和板間電容變化時(shí)保持較高的傳輸性能，對(duì)推進(jìn)ECPT系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)充電中廣泛應(yīng)用與推廣有較大的實(shí)際意義。

針對(duì)上述問(wèn)題，ECPT系統(tǒng)利用輪胎鋼帶與金屬電極之間板間電容，采用電容耦合雙諧振電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)二端口網(wǎng)絡(luò)原理分析該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二端口網(wǎng)絡(luò)特性阻抗、輪胎與地面金屬板間電容和負(fù)載等的變化規(guī)律，最后給出了經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)的一種電路拓?fù)湓O(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化方法。該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用在經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電力傳輸時(shí)能獲得較高的傳輸性能，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)以90%傳輸效率無(wú)線(xiàn)傳輸大約60 W電力。

1 輪胎板間電容分析

ECPT系統(tǒng)的原理示意圖如圖1所示，高頻交流電源AC輸出的電能通過(guò)初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)提高電壓以增強(qiáng)耦合電場(chǎng)強(qiáng)度，金屬極板在高頻交流電作用下在板間電容（CS1和CS2）間形成交互電場(chǎng)并產(chǎn)生位移電流通過(guò)金屬極板。次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)引起阻抗的變化和電力轉(zhuǎn)換等將電能提供給負(fù)載，ECPT系統(tǒng)最終通過(guò)金屬極板實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電力傳輸。

上述ECPT系統(tǒng)中板間電容CS1和CS1的形成有眾多可能性。圖2示出車(chē)輛各部位與地面銅箔形成的板間電容。由圖可見(jiàn)，輪胎（本文中使用的輪胎型號(hào)為225/65R17）中纏繞有鋼絲，形成一圈鋼帶，輪轂為鋁合金，底盤(pán)裝有銅箔，地面則埋有兩塊銅箔，分別對(duì)準(zhǔn)底盤(pán)銅箔和車(chē)輪，3塊銅箔尺寸皆為300 mm×600 mm×0.6 mm。這樣形成3個(gè)板間電容，通過(guò)MAXWELL電磁軟件仿真算得：當(dāng)?shù)妆P(pán)與地面銅箔距離為15 cm時(shí)它們形成的板間電容③約為18 pF；輪轂與地面銅箔之間板間電容①約為15 pF；輪胎鋼帶與地面銅箔之間等效距離較近且其間的橡膠起到電介質(zhì)的作用，故其形成的板間電容②較大，達(dá)80 pF以上。

圖2 車(chē)輛各部位與地面銅箔之間的板間電容

經(jīng)分析，底盤(pán)銅箔和輪轂離地面銅箔較遠(yuǎn)，且它們與車(chē)體、大地等會(huì)產(chǎn)生較大雜散電容，彼此形成多個(gè)交叉電容。雜散電容和交叉電容有時(shí)甚至?xí)笥跇O間電容，嚴(yán)重影響ECPT系統(tǒng)的傳輸效率。另外，輪轂、底盤(pán)和金屬銅箔等裸露在外，由于無(wú)線(xiàn)電力傳輸過(guò)程中極板之間會(huì)形成高壓造成安全隱患。而輪胎鋼帶和地面銅箔之間距離很小，可較好地避免雜散電容和交叉電容產(chǎn)生，板間電容值大小可完全滿(mǎn)足電場(chǎng)型無(wú)線(xiàn)電力傳輸?shù)男枨螅瑫r(shí)由于輪胎鋼帶隱藏在輪胎橡膠之中，具備良好的電氣絕緣，通過(guò)輪胎鋼帶實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電力傳輸具備更高的安全性。因此，輪轂并未增添任何物件，自然不必考慮；底盤(pán)加裝銅箔形成板間電容的方案，非但無(wú)益，反而存在弊端，不予采納；最終選用輪胎鋼帶與地面銅箔形成板間電容的方案，構(gòu)建經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)。

經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)示意圖如圖3所示。初級(jí)電路通過(guò)全橋逆變等方式以阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)提供高頻高壓交流電給路面金屬極板，利用路面金屬極板與輪胎鋼帶之間的板間電容（CS1和CS2）通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳遞電力至電動(dòng)汽車(chē)次級(jí)部分。次級(jí)部分通過(guò)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、整流和濾波電路等轉(zhuǎn)換成直流電。該直流電直接或通過(guò)升壓電路等接入電池管理系統(tǒng)并通過(guò)電池管理系統(tǒng)將電力提供給車(chē)載電池充電。

圖3 經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)示意圖

由于輪胎鋼帶與路面金屬極板之間的板間電容具有電容值較大、且行駛過(guò)程中板間電容波動(dòng)較小等優(yōu)點(diǎn)，利用輪胎鋼帶與地面銅箔之間的板間電容來(lái)實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)耦合式無(wú)線(xiàn)電力傳輸。

2 二端口網(wǎng)絡(luò)建模

電容耦合雙諧振電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中耦合電容的引入適用于板間電容較小的應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)能有效減小板間電容變化對(duì)ECPT系統(tǒng)傳輸性能造成的影響［13-14］。圖4為S-S拓?fù)潆娙蓠詈想p諧振電路二端口網(wǎng)絡(luò)的示意電路圖。為方便建模與分析，不考慮高頻狀態(tài)下的電感、電容等元件的磁滯損耗和渦流損耗等。

圖4 S-S拓?fù)潆娙蓠詈想p諧振電路二端口網(wǎng)絡(luò)

圖中二端口網(wǎng)絡(luò)NC為電容耦合電路，其中耦合電容 CS＝CS1·CS2/（CS1+CS2），C1為初級(jí)并聯(lián)電容，C2為次級(jí)并聯(lián)電容。網(wǎng)絡(luò)NP為初級(jí)諧振電感L1，網(wǎng)絡(luò)NS為次級(jí)諧振電感L2。U1和U2分別為二端口網(wǎng)絡(luò)N的輸入和輸出電壓，I1和I2分別為二端口網(wǎng)絡(luò)N的輸入和輸出電流。

2.1 特性阻抗分析

將二端口網(wǎng)絡(luò)NC中的耦合電容CS、電容C1和C2分別代入NC得到其轉(zhuǎn)移矩陣：

式中ω為系統(tǒng)工作角頻率。

由于二端口網(wǎng)絡(luò)N由NP，NC和NS采用級(jí)聯(lián)方式連接，二端口網(wǎng)絡(luò)N的轉(zhuǎn)移矩陣為

如令角頻率 ω0＝ω1＝ω2，式（3）簡(jiǎn)化為

在特性阻抗Z01和Z02為極值的條件下，通過(guò)式（5）得到耦合電容CS與耦合系數(shù)K的關(guān)系式：

根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)理論及式（7）和式（8），二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入/輸出特性阻抗與源阻抗、負(fù)載的匹配情況能有效跟蹤功率的流動(dòng)方向和大?。?5］。

式中：US為電壓源AC的電壓幅值；Z0為二端口特性阻抗；Pin和PL分別為二端口網(wǎng)絡(luò)輸入功率和負(fù)載功率；η為系統(tǒng)傳輸效率；Гin，ГL和 ГS分別為二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入、負(fù)載和源反射系數(shù)；S21和S22分別為二端口網(wǎng)絡(luò)端口2的正向傳輸和反射系數(shù)。

通過(guò)修改二端口網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)，如耦合電容CS、工作角頻率ω等可以改變二端口網(wǎng)絡(luò)N的輸入/輸出特性阻抗，從而調(diào)節(jié)和改善ECPT系統(tǒng)的傳輸性能。特別是，當(dāng)負(fù)載RL等于二端口輸出特性阻抗Z02（ГL＝0）時(shí)，其輸入阻抗Zin也等于輸入特性阻抗Z01（Гin＝0），此時(shí)系統(tǒng)傳輸效率達(dá)到最大值。如果此時(shí)恰好滿(mǎn)足源阻抗RS等于輸入特性阻抗Z01（ГS＝0），源輸出最大功率并轉(zhuǎn)化為有功功率，保證以最大傳輸效率傳遞到負(fù)載。

2.2 參數(shù)優(yōu)化

以電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)常用參數(shù)為例，進(jìn)行ECPT系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和仿真。設(shè) CS＝30 pF，Z02＝RL＝50Ω，初級(jí)及次級(jí)諧振頻率 f1＝f2＝300 kHz，在不同特性阻抗Z01前提下，計(jì)算優(yōu)化的ECPT系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

通過(guò)表1中電路參數(shù)分別得到特性阻抗Z01分別等于50和2Ω時(shí)，二端口網(wǎng)絡(luò)N在不同耦合電容時(shí)S11的Smith圓圖，如圖5所示。

在Smith圓圖中S11從∞點(diǎn)隨工作頻率增加而順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)耦合電容CS＝30 pF時(shí)，在對(duì)應(yīng)的極值工作頻率300.21和300.04 kHz分別回到中心點(diǎn)1.0（50Ω）和點(diǎn)0.04（2Ω），表明二端口網(wǎng)絡(luò) N在對(duì)應(yīng)的工作頻率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，此時(shí)系統(tǒng)處于臨界耦合狀態(tài)。在耦合電容（耦合系數(shù)）變化時(shí)，二端口網(wǎng)絡(luò)N的特性阻抗會(huì)發(fā)生明顯的變化，例如當(dāng)耦合電容增大時(shí)處于強(qiáng)耦合狀態(tài)，并出現(xiàn)頻率分叉現(xiàn)象，在初始工作頻率時(shí)端口阻抗失配導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)載功率明顯下降。耦合電容越大，分叉點(diǎn)峰值之間距離越遠(yuǎn)，谷值越低。耦合電容CS減小時(shí)，二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入弱耦合狀態(tài)，同樣特性阻抗的變化造成二端口網(wǎng)絡(luò)阻抗失配，導(dǎo)致ECPT系統(tǒng)負(fù)載功率明顯下降。

圖5 Smith圓圖

特別是，當(dāng)特性阻抗Z01＝Z02時(shí)二端口網(wǎng)絡(luò)處于強(qiáng)耦合狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)工作頻率的調(diào)頻能在兩個(gè)分叉極值工作頻率點(diǎn)重新達(dá)到阻抗匹配，從而在分叉極值工作頻率點(diǎn)ECPT系統(tǒng)負(fù)載功率顯著提升。而特性阻抗Z01≠Z02時(shí)，則無(wú)法通過(guò)調(diào)頻方式重新實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配。特性阻抗Z01≠Z02時(shí)，由于上述優(yōu)化過(guò)程沒(méi)有增加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，降低了設(shè)計(jì)難度也提高了系統(tǒng)的整體傳輸效率。但是Z01?Z02時(shí)，可能導(dǎo)致耦合系數(shù)K過(guò)小或次級(jí)電容C2接近甚至小于耦合電容等問(wèn)題，導(dǎo)致耦合電容CS細(xì)微變化造成ECPT系統(tǒng)傳輸性能的急劇下降。

根據(jù)特性阻抗Z01＝Z02時(shí)，在強(qiáng)耦合狀態(tài)時(shí)能通過(guò)工作頻率的調(diào)頻重新滿(mǎn)足阻抗匹配的特點(diǎn)，本文中采用雙邊高頻變壓器的TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作頻率調(diào)頻過(guò)程中二端口網(wǎng)絡(luò)N輸入/輸出端阻抗的重新匹配以提高負(fù)載功率。高頻變壓器用于阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)寬頻阻抗變換，變壓器阻抗變換比例僅與線(xiàn)圈匝數(shù)比有關(guān)，而與電流、電壓及其頻率無(wú)關(guān)。避免傳統(tǒng)的電容和電感阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)由于匹配網(wǎng)絡(luò)、匹配范圍有限和匹配精度不高的缺點(diǎn)，給電路增加大量的極點(diǎn)，使得電路穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)精度下降［16-17］。

在TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，在S-S拓?fù)涠丝诰W(wǎng)絡(luò)N（Z01＝Z02）處于強(qiáng)耦合狀態(tài)的前提下，高頻變壓器阻抗變換與頻率無(wú)關(guān)的特性能滿(mǎn)足TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)工作頻率調(diào)頻方法實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配，如圖6所示。

圖6 TS-ST電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮先依照輸出特性阻抗等于負(fù)載的前提下設(shè)計(jì)S-S拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，再添加初級(jí)變壓器，這樣可以避免添加次級(jí)變壓器，以提高ECPT系統(tǒng)的傳輸效率。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)的實(shí)際效果，利用電力電子仿真軟件PLECS進(jìn)行仿真，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用輪胎鋼帶和銅箔之間的板間電容實(shí)現(xiàn)了60 W左右的無(wú)線(xiàn)電力傳輸。圖7為ECPT系統(tǒng)仿真電路拓?fù)涫疽鈭D。圖8為系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波信號(hào)來(lái)控制兩片半橋驅(qū)動(dòng)芯片IRS2110S，以控制全橋MOSFET管產(chǎn)生不高于500 kHz的高頻AC輸出，死區(qū)時(shí)間為45 ns，直流電源輸出電壓為12 V。TS-ST系統(tǒng)電路參數(shù)如表1（Z01＝50Ω）所示，由于負(fù)載等于50Ω，TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)須添加次級(jí)變壓器，初級(jí)變壓器繞線(xiàn)比為1∶5，磁芯材料采用環(huán)形高頻鐵氧體PC40。

圖7 電路仿真和示意圖

圖8 ECPT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

當(dāng)系統(tǒng)工作頻率固定不變時(shí)，采用表1中S-S拓?fù)洌╖01＝2Ω，f＝300.04 kHz）和 TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（Z01＝50Ω，f＝300.21 kHz）的電路參數(shù)進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖9所示。由圖可見(jiàn)，ECPT系統(tǒng)在 CS＝30 pF時(shí)傳輸效率達(dá)到最大值，隨著耦合電容CS變化，二端口網(wǎng)絡(luò)輸入/輸出特性阻抗發(fā)生變化，導(dǎo)致傳輸效率顯著降低。在工作頻率不變的前提下，TSST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在過(guò)耦合狀態(tài)下有更高的傳輸效率。

圖9 傳輸效率與耦合電容C S變化仿真曲線(xiàn)

采用TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和表1電路參數(shù)（Z01＝50Ω）進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖10所示。由圖可見(jiàn)，當(dāng)耦合電容CS＝30 pF時(shí)二端口網(wǎng)絡(luò)NT處于臨界耦合狀態(tài)，ECPT系統(tǒng)在極值工作頻率點(diǎn)300.21 kHz附近負(fù)載功率處于最大值。當(dāng)耦合電容CS＝45 pF時(shí)，二端口網(wǎng)絡(luò)處于強(qiáng)耦合狀態(tài)，系統(tǒng)負(fù)載功率產(chǎn)生了頻率分叉現(xiàn)象。由于在分叉工作頻率點(diǎn)重新實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，在分叉工作頻率點(diǎn)ECPT系統(tǒng)的負(fù)載功率和傳輸效率得到明顯的提升。而當(dāng)耦合電容CS＝15 pF時(shí)，二端口網(wǎng)絡(luò)處于弱耦合狀態(tài)，由于輸入/輸出阻抗變小導(dǎo)致ECPT的負(fù)載功率顯著下降，在工作頻率點(diǎn)305 kHz左右達(dá)到極值。

圖10 負(fù)載功率與工作頻率變化仿真與實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)

從實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)得到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的耦合電容值約等于45 pF，由于二端口網(wǎng)絡(luò)處于強(qiáng)耦合狀態(tài)，出現(xiàn)了頻率分叉現(xiàn)象，分別在頻率分叉點(diǎn)305.8與288.8 kHz負(fù)載功率達(dá)到極值。

當(dāng)耦合電容CS增大時(shí)，二端口網(wǎng)絡(luò)NT特性阻抗與負(fù)載失配，MOSFET全橋輸出電壓和電流會(huì)產(chǎn)生明顯的相位差，通過(guò)判斷相位差的大小可以判斷二端口網(wǎng)絡(luò)輸出端口的阻抗匹配情況。如圖11所示，在工作頻率點(diǎn)305.8 kHz全橋輸出電壓和電流基本同相，且負(fù)載功率達(dá)到極值，表明在該頻率點(diǎn)通過(guò)工作頻率調(diào)頻重新實(shí)現(xiàn)了二端口網(wǎng)絡(luò)輸出端口的阻抗匹配。

圖11 示波器實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)（f＝305.8 kHz）

圖11 中MOSFET全橋電壓和電流輸出滿(mǎn)足零電流軟開(kāi)關(guān)的工作條件，能有效減少M(fèi)OSFET開(kāi)關(guān)損耗。

當(dāng)采用TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作頻率分別等于300.21和305.8 kHz時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。由圖可見(jiàn)，工作頻率調(diào)頻至305.8 kHz時(shí)，ECPT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以90%左右的傳輸效率實(shí)現(xiàn)了大約60 W的無(wú)線(xiàn)電力傳輸。隨著輪胎的滾動(dòng)，輪胎與銅箔之間板間電容有波動(dòng)，但負(fù)載功率和傳輸效率隨著輪胎角度變化基本上保持恒定。相對(duì)工作頻率未調(diào)頻前（f＝300.2 kHz），ECPT系統(tǒng)負(fù)載功率和傳輸效率均有明顯的提升。TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)工作頻率調(diào)頻時(shí)電容耦合雙諧振電路二端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了電路設(shè)計(jì)的靈活性。相對(duì)于其它的阻抗匹配方法，高頻變壓器主要應(yīng)用在低頻段，隨著工作頻段的升高，變壓器損耗增大，阻抗匹配的應(yīng)用越來(lái)越少。

圖12 傳輸效率與負(fù)載功率實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)

通過(guò)降低初級(jí)變壓器的繞線(xiàn)比，輸入特性阻抗降低從而可以進(jìn)一步提高負(fù)載功率，使系統(tǒng)電流增大。但由于輪胎內(nèi)置鋼絲較細(xì)、內(nèi)阻過(guò)大，導(dǎo)致?lián)p耗增加、輪胎發(fā)熱，影響汽車(chē)行駛安全。提高直流電源的輸出電壓同樣可有效提高負(fù)載功率，但同時(shí)造成金屬板間電壓及其系統(tǒng)整體電壓的升高，對(duì)車(chē)輛的高壓絕緣與元器件耐壓提出更高的要求。

4 結(jié)論

利用輪胎鋼帶和路面金屬底板之間的板間電容實(shí)現(xiàn)了ECPT系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)電力傳輸。針對(duì)S-S耦合電容雙諧振電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立了二端口網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)二端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配情況來(lái)分析ECPT系統(tǒng)負(fù)載功率和傳輸效率。根據(jù)耦合電容S-S拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在強(qiáng)耦合條件下調(diào)節(jié)工作頻率可以實(shí)現(xiàn)二端口網(wǎng)絡(luò)阻抗重新匹配的特點(diǎn)，提出了一種適用于經(jīng)胎ECPT系統(tǒng)的雙邊變壓器TS-ST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法和調(diào)節(jié)工作頻率的方法可有效解決車(chē)輛動(dòng)態(tài)行駛過(guò)程中輪胎鋼帶和路面金屬底板之間板間電容變化帶來(lái)的無(wú)線(xiàn)電力傳輸性能下降問(wèn)題。該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法為車(chē)輛動(dòng)態(tài)行駛過(guò)程中的動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)電力傳輸提供了一種行之有效的方法。