Анализ симметричного LLC преобразователя для беспроводной зарядки автономных аппаратов

Анализ симметричного LLC преобразователя для беспроводной зарядки автономных аппаратов

Авдеев Борис Александрович, к.т.н., доцент, руководитель научной лаборатории, Херсонский технический университет (ХТУ), 275001, г. Геническ, ул. Центральная, д. 196, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-6902-245X

Черный Сергей Григорьевич, к.т.н., н.с., ХТУ, 275001, г. Геническ, ул. Центральная, д. 196; доцент кафедры киберфизических систем, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» (СПбГМТУ), 190121, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-5702-3260

Ковалевский Дмитрий Олегович, исследователь, ХТУ, 275001, г. Геническ, ул. Центральная, д. 196, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Индекс УДК:  621.31

EDN: KHQHFZ

Аннотация. Технология беспроводной передачи электроэнергии становится одним из важнейших элементов в энергообеспечении портативных устройств и автономных аппаратов. Одним из таких устройств беспроводной передачи электроэнергии является симметричный LLC преобразователь. Симметричная структура позволяет передавать энергию в обоих направлениях. В статье описан принцип действия работы и приведены осциллограммы управления, разработана математическая модель беспроводного симметричного LLC преобразователя постоянного тока, а также численным методом на основе полученной модели построены зависимости мощности и эффективности системы от частоты коммутации и фазового угла сдвига. Определены параметры, которые влияют на эффективность работы двунаправленного преобразователя в большей степени. Определены передаваемые активные и реактивные мощности в оба направления. Полученные зависимости из математической модели представлены в виде графиков. Описаны возможные потери мощности при реализации исследуемого преобразователя на практике. Показано, что беспроводной симметричный LLC преобразователь лучше всего работает при передаче электроэнергии от источников со схожим значением напряжением, а также тот факт, что симметричный LLC преобразователь при работе с большим соотношением напряжений на первом и втором контурах может работать только при больших углах смещения.

Ключевые слова: симметричный LLC преобразователь, беспроводная передача энергии, преобразователь постоянного тока, резонансный контур, эффективность

Для цитирования: Авдеев Б.А. Анализ симметричного LLC преобразователя для беспроводной зарядки автономных аппаратов / Б.А. Авдеев, С.Г. Черный, Д.О. Ковалевский // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 14. – № 1. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2026. – С. 13-20. – EDN: KHQHFZ.

Список источников

  1. Bidirectional Wireless System for drone to drone opportunity charging in a multi agent system / Sandipan Dey [et al.] // 2023 International Conference on Control, Communication and Computing (ICCC), 19-21 May 2023, Thiruvananthapuram, India. DOI:10.1109/ICCC57789.2023.10164995.
  2. Крестовников К.Д. Алгоритмы управления двунаправленной беспроводной системой передачи энергии при перераспределении энергоресурсов в группе наземных роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2023. Т. 24. №9. С. 481-488. DOI:org/10.17587/mau.24.481-488.
  3. A Bidirectional Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Charging in V2G System / Diyan Ahmad [et al.] // International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering (ICECCE), 2019. Pakistan DOI:10.1109/ICECCE47252.2019.8940646.
  4. Design of bidirectional power converters coupled with coils for wireless charging of AUV docking systems / Lin, Mingwei [et al.] // Journal of Marine Science and Technology. 27(2):1-14. March 2022. DOI:10.1007/s00773-022-00877-7.
  5. Заряд беспилотных летательных аппаратов через двунаправленные беспроводные зарядные станции / Г.А. Райко [и др.] // 35-ая межд. науч.-техн. конференция «Экстремальная робототехника»: Сборник тезисов. – Санкт-Петербург: ООО «Типография Фурсова», 2024. – С. 485-488. – Текст: непосредственный.
  6. State-of-the-Art Review on Topology and Deductive Methods of LLC Resonant Converter / Li Yazhuo [et al.] // Journal of Electrical Engineering & Technology. 28 November 2023, Vol. 19, Pp. 2217-2237, (2024) DOI:10.1007/s42835-023-01690-x.
  7. Белов Г.А. Упрощенный учет тока намагничивания трансформатора при анализе резонансного преобразователя постоянного напряжения типа LLC / Г.А. Белов, Г.В. Малинин // XIV-ая всерос. науч.-техн. конференция. Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: материалы // ЧГУ им. И.Н. Ульянова, Чебоксары, 2021. С. 160-168. EDN: EMNDVE.
  8. Расчет и моделирование переходных процессов в резонансном преобразователе постоянного напряжения типа LLC / Г.А. Белов [и др.] // Электротехника. 2020. №8. С. 23-30. EDN: JAERVF.
  9. Динамические процессы в LLC-конверторе с ФИМ-управлением / К.В. Быков // II-ая межд.науч.-практ. конференция. САПР и моделирование в современной электронике: сбор. науч. трудов Ч. 2. / Под ред. Л.А. Потапова, А.Ю. Дракина. 2018. С. 97-100. DOI:10.30987/conferencearticle_5c19e6a7871444.80686351.
  10. Авдеев Б.А. Расчет мощности двунаправленного преобразователя постоянного напряжения автономных подводных аппаратов / Б.А. Авдеев // Вестник Астраханского государственного технического университета. Морская техника и технология, 2019. №2. С. 101-109. DOI: 10.24143/2073-1574-2019-2-101-109.
  11. Анализ влияния параметров резонансного контура на КПД системы беспроводной передачи энергии / В.М. Завьялов // Вопросы электротехнологии. 2023. №1 (38). С. 37-46. EDN: XDIEHY.
  12. The state-of-the-arts of wireless electric vehicle charging via magnetic resonance: principles, standards and core technologies / Niu S. [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. №114 (8). 109302. DOI: 10.1016/j.rser.2019.109302.
  13. Исследование перенапряжений на конденсаторах последовательного резонансного контура беспроводной зарядной станции / В.М. Завьялов [и др.] // Интеллектуальная электротехника. 2023. №2 (22). С. 49-61. DOI: 10.46960/2658-6754_2023_2_49.
  14. Авдеев Б.А. Экспериментальное исследование жёсткости выходной характеристики мостового преобразователя постоянного тока / Б.А. Авдеев, А.В. Вынгра // Изв. вузов. Электромеханика. 2023. Т. 66. №4. С. 92-97. DOI:org/10.17213/0136-3360-2023-4-92-97.
  15. Jayalath S., Khan A. Design, Challenges, and trends of inductive power transfer couplers for electric vehicles: A review // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. №9 (5). Pp. 6196-6218. DOI: 10.1109/JESTPE.2020.3042625.

Поступила в редакцию 07.04.2025
Поступила после рецензирования 14.08.2025
Принята к публикации 25.09.2025