用于计算无线充电中LCC补偿网络器件参数的小程序

 

01 LCC网络参数

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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

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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	$kHz$

【2.设计参数】

参数名称	公式	数值	单位
LCC基本电抗	$$X_0=\frac{U_0}{I_0}$$	$$\frac{10}{5}=2$$	Ω
输出电感	$$L_s=\frac{X_0}{2\pi f_0}$$	$$\frac{2}{2\pi \times 150kHz}=2.122\mu H$$	$\mu H$
并联电容	$$C_p=\frac{1}{2\pi f_0{X}_0}$$	$$\frac{1}{2\pi \times 150kHz\times 2}=530.5nF$$	nF
串联电容	$$C_s=\frac{1}{{\left(2\pi f_0\right)}^2\left(L_0-L_s\right)}$$	$$\frac{1}{{\left(2\pi \times 150kHz\right)}^2\left(13.79-2.122\right)\mu H}=96.48nF$$	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 ※

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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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■ 相关文献链接:

• 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
• 无线充电系统在输出部分采用LCC拓扑结构综述研究
• LCC参数计算小程序
• 无线节能信标调试说明-2021-3-3
• 无线功率发送器与接收实验：设定为200kHz
• 无线节能信标核心板V4-测试-2021-4-3
• 经过标定后的ESP32对于节能信标组充电过程测量
• 火中取栗