بهبود محدوده کلیدزنی نرم (ZVS) در شارژر بدون‌‌سیم، با قابلیت استفاده در سامانه‌های زیر سطحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 برق، فنی، دانشگاه افسری امام حسین، تهران، ایران

2 برق / دانشکده برق / دانشگاه امام حسین / تهران / ایران

3 برق / دانشکده برق / دانشگاه امام حسین (ع) / تهران / ایران

4 برق، فنی، دانشگاه صنعتی انوشیروانی ، بابل، مازندران، ایران

چکیده

در این مقاله تغییرات فرکانس تشدید در مدارهای شارژر بدون‌سیم نیمه دینامیک بررسی، و روشی برای بهبود محدوده کلیدزنی نرم (ZVS) ارائه شده‌است. ساختار مورد استفاده در این مقاله مبدل تمام‌پل می‌باشد. با توجه به تغییرات فاصله بین سیم‌پیچ‌های انتقال توان، میزان اندوکتانس متقابل سیم‌پیچ‌های فرستنده و گیرنده و در نتیجه فرکانس تشدید مبدل تغییر می‌کند. ساختار مبدل-های با کلیدزنی سخت عموماً دارای تلفات بالا، راندمان پایین و فرکانس محدود هستند و وجود هم‌پوشانی بین پارامترهای ولتاژی و جریانی المان‌های غیرخطی در این مبدل‌ها، باعث آسیب‌پذیرتر شدن این مبدل‌ها در سطوح بالای توان می‌گردد. به منظور عمل‌کرد مناسب‌تر، الگوهای متفاوتی از عمل‌کرد کلیدها و المان‌های غیرخطی در ساختار‌های متفاوت در این زمینه ارائه شده‌است. در این ساختار‌ها، با افزودن تعدادی المان اضافی به مدار، هم‌پوشانی جریان و ولتاژ کلیدها در لحظات روشن و خاموش شدن تقریباً از بین رفته و تلفات کلیدزنی کاهش می‌یابد. در این مقاله، ساختار جبران‌سازی LCC استفاده شده‌است. در این ساختار با تطبیق مناسب سلف و خازن اولیه‌ ساختار جبران‌ساز، فرکانس تشدید از فرکانس کلیدزنی کوچک‌تر شده و شرایط کلیدزنی نرم در مبدل برقرار می-شود. استفاده از این شارژر به دلیل بازدهی بالا و تلفات ناچیز، در زیردریایی‌ها پیشنهاد می‌شود. مدار پیش‌نهادی در نرم‌افزار MATLAB شبیه‌سازی و تغییرات فرکانس تشدید در ضرایب کوپلینیگ مختلف بررسی و نتایج ارائه شده‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Khan, Nameer and Matsumoto, Hirokazu and Trescases, Olivier, "Wireless electric vehicle charger with electromagnetic coil-based position correction using impedance and resonant frequency detection," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 35, no. 8, pp. 7873-7883, 2020.##[2] Kim, Jongwook and Kim, Kibeom and Kim, Haerim and Kim, Dongwook and Park, Jaehyoung and Ahn, Seungyoung, "An efficient modeling for underwater wireless power transfer using Z-parameters," IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 61, no.6, pp. 2006-2014, 2019.##[3] Cai, Chunwei and Zhang, Yanyu and Wu, Shuai and Liu, Jinquan and Zhang, Zhipeng and Jiang, Longyun, "A circumferential coupled dipole-coil magnetic coupler for autonomous underwater vehicles wireless charging applications," IEEE Access, vol. 8, pp. 65432-65442, 2020.##[4] Zakerian, Ali and Vaez-Zadeh, Sadegh and Babaki, Amir, "A dynamic WPT system with high efficiency and high power factor for electric vehicles," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 35, no. 7, pp. 6732-6740, 2019.##[5] Wang, Hongjie and Pratik, Ujjwal and Jovicic, Aleksandar and Hasan, Nazmul and Pantic, Zeljko, "Dynamic Wireless Charging of Medium Power and Speed Electric Vehicles," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 70, no. 12, pp. 12552-12566, 2021.##[6] Ramezani, Ali and Narimani, Mehdi, "Optimized electric vehicle wireless chargers with reduced output voltage sensitivity to misalignment," IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 8, no. 4, pp. 3569-3581, 2019.##[7] Cortes, Ivan and Kim, Won-Jong, "Automated alignment with respect to a moving inductive wireless charger," IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 8, no. 1, pp. 605-614, 2021.##[8] Wang, Wenwei Victor and Thrimawithana, Duleepa J and Neuburger, Martin, "An Si MOSFET-Based High-Power Wireless EV Charger With a Wide ZVS Operating Range," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 36, no. 10, pp. 11163-11173, 2021.##[9] Ramezani, Ali and Farhangi, Shahrokh and Iman-Eini, Hossein and Farhangi, Babak and Rahimi, Ramin and Moradi, Gholam Reza, "Optimized LCC-series compensated resonant network for stationary wireless EV chargers," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 4, pp. 2756-2765, 2018.##[10] Bagchi, Anindya Chitta and Saha, Tarak and Kamineni, Abhilash and Zane, Regan, "Analysis and design of a wireless charger for underwater vehicles fed from a constant current distribution cable," in 2018 IEEE 19th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL, 2018), pp. 1-8.##[11] Cheng, Bing and He, Liangzong, "Realize load-independent output with soft switching based on switched capacitor for wireless charger system," IEEE Access, vol. 10, pp. 10094-10104, 2021.##[12] Kavimandan, Utkarsh D and Mahajan, Satish M and Van Neste, Charles W, "Analysis and demonstration of a dynamic ZVS angle control using a tuning capacitor in a wireless power transfer system," IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Eectronics, vol. 9, no. 2, pp. 1876-1890, 2020.