[发明专利]具有副边电流相位检测功能的改进型非接触变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于非接触能量传输系统中使用的非接触变压器，属于电流互感器或电能变换领域。

背景技术

非接触供电是基于磁场耦合实现“无线供电”的新型电能传输模式，利用原副边完全分离的非接触变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得能量传递过程中电能传输侧(简称供电侧)和电能接受侧(简称受电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电。非接触供电技术因其特有的恶劣环境适应性、高安全性、少维护和方便性，在手机、机器人、人体植入设备、电动汽车等移动设备的供电场合，在油田、矿井、水下供电等环境恶劣或者易燃易爆场合均已得到了应用。

在非接触电能传输系统中，供电侧和受电侧一般存在相对运动，会引起系统中的核心部件——非接触变压器的结构参数上的变化，从而导致其耦合系数、漏感、激磁电感等电路参数的变化，参数的变化不仅影响到输出性能，严重时还可能导致系统失控。这就要求非接触变换器的控制方法应能够适应电路变参数的特点，保证稳定性和良好的快速性。Xiaoyong Ren,Qianhong Chen,Lingling Cao,Xinbo Ruan,Siu-chungWong,Chi.KTse,“Characterization and Control of Self-Oscillating Contactless Resonant Converter with Fixed Voltage Gain”，IPEMC，2012提出了适用于非接触变换器的一种自激控制方法，通过检测非接触变压器副边电流或者整流桥电流的相位，利用过零比较得到逆变桥开关管的驱动信号，使非接触变换器在变参数条件下自动工作在电压增益恒定的频率点，实现变负载和变气隙条件下输出基本恒定。该控制方法简单，且能自动快速响应于变换器的参数变化。在这种控制方案中，如何在供电侧来快速和准确地检测受电侧待测电流的相位信息，成为该控制方法优点得以充分体现的关键。其它许多控制方法也需要在供电侧检测受电侧电流的相位信息。如J.Huh,W.Lee,G.H Cho,B.Lee,C.T Rim,“Characterization ofnovel inductive powertransfer systems for on-line electric vehicles”,APEC,2011中提出当供电侧输入为恒流源输入，可通过使系统副边实现完全谐振来达到变负载条件下输出电压恒定的目的。变参数条件下，要实现副边完全谐振，就需要检测副边电流的相位信息。此外，副边谐振还是保证最大功率传输的条件，这同样需要检测副边电流的相位信息。可见，在供电侧检测受电侧的电流相位信息已成为许多非接触变换器控制方法得以实现的关键点之一。

目前非接触电能传输系统中将受电侧待测信号反馈至供电侧的非接触信号反馈方式主要有红外线及射频等检测方式。这些方式都是有源检测方式，也就是信号检测部分需要供电和相应的有源变换电路。P.Si,A.P.Hu,J.W.Hsu，M.Chiang，Y.Wang，S.Malpas and D.Budgerr，“Wireless power supply for implantable biomedical device based on primary input voltage regulation”，IEEE conference on Industrial Electronics andApplication，2007，235-239给出了采用射频方式在供电侧检测受电侧输出电压的结构框图，输出电压信息依次经过受电侧的模数转换芯片和无线电收发器，发出射频信号，在供电侧以无线电收发器接收射频信号，再经由数模转换芯片得到输出电压信息，其它有源检测方案结构类似。这些有源检测方案中，其检测元件放置于非接触电能传输系统的受电侧，由于受电侧存在电能供给的限制，使得有源检测方案的应用存在较大的局限性。例如，启动前，受电侧无电能供给，反馈信号失控会影响启动；启动过程中，受电侧供电不稳定，信号反馈失真，影响系统工作；负载动态变化时，受电侧供电受影响，也会干扰检测信号从而影响非接触电能传输系统的稳定、可靠工作。此外，有源检测方案采用多级式的处理方式，对于需要检测电流相位信息的场合，可能引起较大延迟或相位失真。因此，如何在受电侧采用无源方式检测电流相位信息并准确快速地反馈至供电侧成为了非接触电能传输系统中电流相位检测的难点。