何逸辉

（同济大学电子与信息工程学院，上海 201804）

0 引言

类似数据的无线通讯，人们同样向往电能的无线化以省去端子和电缆等传统电气连接件，以此提高用电设备的供电灵活性。基于磁耦合谐振式（Magnetic Resonant Coupling, MRC）[1]的无线电能传输（Wireless Power Transfer, WPT）可以为无人机等移动用电设备提供更为灵活的供电方式[2]，近年来引起了广泛研究。如图1所示是MRC-WPT系统的基本结构。直流电源供给逆变器转化为高频交流电在发射端线圈中激发出磁场，接收端线圈拾取磁场能量。L1与L2之间为空气等无磁响应材料，以此实现电能的无线传输。接收端整流后可以连接升降压变换器等调制电路，它们可以整体等效为耗能负载Req。逆变器输出端口后的部分可以整体等效为系统的输入阻抗Zin。对于MRC-WPT系统，经常引入补偿电路来减小松耦合线圈产生的无功功率，以此提高输入功率因数并增加负载功率[3]。其中一种最为普遍的机制是只使用两个电容进行补偿。对应图1中的发射端补偿电容C1和接收端补偿电容C2。

图1 MRC-WPT系统基本框图

实际的移动用电设备需要满足宽负载范围的需求，其主要源于系统耦合的变化和接收端输出所连接的可变负载[4]。然而，基于磁共振的WPT系统，传输功率和传输效率面对耦合变化和可变负载都十分敏感[4-5]。这对MRC-WPT系统投入实际应用时的供电可靠性提出了巨大挑战。

一些工作侧重于优化传输功率和效率等指标，在固定参数下对系统特性展开了研究工作。基于一组特定参数对无人机充电，系统平均传输效率约为50%[6]。……