丹凤千字科普：无线充电的好处和坏处（详细资料介绍）

**论文概述**

**主题**：基于水下感应式电能传输系统（IPT）的寄生电容引起的共模噪声分析与抑制研究。

**研究单位**：哈尔滨工业大学与青岛大合研究团队。

**简要描述**：本研究致力于解决水下感应式电能传输系统因寄生电容引起的共模噪声问题。通过建立精细化的寄生电容模型，创新性地提出一种基于平衡阻抗的对称补偿拓扑结构LLCCC-S。此策略成功将水下IPT系统的共模电流降低了传统LCC-S拓扑结构的46.3%，在1kW功率等级下仍能保持87.9%的高传输效率。

**研究背景**

随着水下自主航行器（AUV）对无线充电技术的依赖加深，海水的高导电性加剧了系统寄生电容效应。传统的电磁干扰（EMI）研究主要集中在涡流损耗上，而由寄生电容引起的共模噪声问题却被长期忽视。针对海水环境下寄生电容的动态特性建模及抑制方法的需求迫切，尤其是在水下环境的共模噪声抑制方案方面。

**方法与创新的突破点**

1. **寄生电容建模创新**：提出了针对海水环境下线圈及电子器件的寄生电容测量方法，实现了量化建模。

2. **对称拓扑设计创新**：优化了LCC-S补偿网络为LLCCC-S结构，通过平衡阻抗使得共模电压得以相互抵消，特别是在阻抗平衡系数k=0.5时，等效电感达到最小。

3. **实验验证与动态适配**：通过实验验证了系数k对共模电流的非线性影响，优化后共模电流降低了53.7%，并实现了在实际环境中的有效应用。

**延伸思考**

在研究过程中，我们提出了一些开放性问题，如如何动态监测寄生电容的变化并实时调整补偿网络参数。我们设想了一些应用场景：

* 为深海原位实验室提供不间断电力供应；支持海洋牧场智能化设备的工作；推动极地科考的进步以及蓝碳经济基础设施的建设等。我们也考虑到了将海洋工程与电力电子融合、通信与EMI抑制协同以及材料科学与动态调控等技术交叉领域的发展前景。如设计适应高压环境的低寄生电容耦合机构，研发可变介电常数材料动态调节寄生电容等前沿科技应用。

**总结与展望**

本研究针对海水环境下的感应式电能传输系统所遇到的共模噪声问题进行了深入研究。通过精细化建模和创新的对称补偿拓扑结构LLCCC-S的应用，实现了对共模电流的显著抑制以及对高传输效率的保持。未来，研究团队将针对动态环境适配和多物理场耦合效应等问题进行深入探索，以期在这一领域取得更大的技术突破。