Entwurf, Simulation und Analyse resonanter WPT-Schaltungen

Neben den Forschungen zur magnetischen Auslegung der Spulen (Link zur anderen Seite) arbeiten wir an der Auslegung resonanter WPT-Schaltungen. Dazu kann die Systemstrecke auf ein Ersatzschaltbild reduziert werden, welches mit schaltungstechnischer Analyse berechnet werden kann. Der Fokus dieser Arbeiten liegt auf dem elektrischen Systemverhalten, wobei besonders Wirkungsgrad, Verluste sowie Strom- und Spannungs-belastung im System von besonderem Interesse sind.

Die niedrige magnetische Kopplung der Spulen resultiert in einer hohen Blindleistung innerhalb der Schaltung, und aufgrund der Positionsabhängigkeit der Kopplung sind die Induktivitäten im Schaltkreis nicht konstant. Diese Variationen müssen durch die Leistungselektronik abgedeckt bzw. kompensiert werden.

Daher erforschen wir das frequenzabhängige Systemverhalten resonanter Konverterschaltungen und die Einflüsse unterschiedlicher Kompensationstopologien darauf und auf verschiedene Ladestrategien (CV oder CC). Weiter arbeiten wir an Entwurfsmethoden zur automatisierten Auslegung und Parametrierung der Blindleistungs-kompensation bzw. der Schaltungsparameter für unterschiedliche interoperable Anforderungen. In Abhängigkeit der Sekundärseite (Nennleistung, Gleichrichter, Kompensationstopologie) und deren Positionierung muss die primärseitige Leistungselektronik einen gewissen Impedanzraum bedienen können und dementsprechend ausgelegt werden. Dabei gilt es, Strom- und Spannungsgrenzen der leistungselektronischen Bauteile zu berücksichtigen. Mithilfe von Schaltungsanalyse können Übertragungsfunktion und Wirkungsgrad für unterschiedliche Frequenzen und Spulenkombinationen (und Parkpositionen) ermittelt werden, wodurch sich verschiedene Betriebspunkte berechnen, vergleichen und bewerten lassen.

 

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