[发明专利]一种基波电流补偿高次谐波电流的LCCL谐振结构

说明书

本发明公开了一种基波电流补偿高次谐波电流的LCCL谐振结构，该结构包括：谐振电感，电磁感应式无线电能传输（Inductive Contact‑less Power Transfer，ICPT）系统电能发射端线圈，并联谐振电容，串联谐振电容，ICPT系统电能发射端线圈与串联谐振电容串联之后，再与并联谐振电容并联，之后与谐振电感串联，并且采用LCCL谐振结构输入端基波电流补偿LCCL谐振结构输入端高次谐波电流的方法，给出该结构的参数设计关系，达到与LCCL谐振结构相连接的ICPT系统全桥逆变器工作在零电流关断状态的目的。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种电磁感应式非接触电能传输系统电能发射端谐振结构。

背景技术

电磁感应式无线电能传输(Inductive Contactless Power Transfer，ICPT)系统利用电磁感应原理，采用电磁谐振的方式，实现电能的非接触传输。该技术相比采用激光、微波载波方式，具有不受中间非磁性障碍物影响、对生物体影响小的优点，是10m以下近距离非接触传输大功率电能的最佳方式之一。ICPT技术为解决磁悬浮列车移动供电、内植式医疗设备密闭空间供电、水下无电缆监测电能传输、电动汽车无线充电等问题提供了一条新的可行解决方案。

ICPT系统发射端线圈与接收端线圈之间存在较大的气隙，磁场在气隙中磁阻较大，发射端线圈难以形成较为集中的磁路与接收端线圈相耦合。由此产生了发射端线圈与接收端线圈互感系数低、线圈漏感大的问题。随着发射端线圈与接收端间隔距离增大，线圈间互感系数急剧下降，同时漏感急剧增大，直接影响了ICPT系统电能传输的功率和效率。所以目前实用的基于电磁感应原理的无线电能传输技术均具有针对线圈漏感的谐振网络结构，也即均为磁耦合谐振式结构。目前现有技术以一阶基本型结构、二阶LC结构为主，少数采用三阶谐振网络结构。在三阶谐振网络方面，大部分借鉴软开关谐振变换器的思路，以LCL谐振结构为主。

LCL谐振络结构通过谐振的方式，大幅增加ICPT系统输出功率能力，同时利用该结构在谐振时的选频特性，使得输入线圈的电流波形呈现准正弦波波形，间接减少了电磁干扰。此外，LCL谐振结构还可以解决线圈并联电容与高频逆变器间的环流问题。因此，到目前为止LCL谐振网络与其他谐振网络相比，具有较为优良的性能，是该领域目前主流技术方向。

目前，采用LCL三阶结构作为谐振补偿结构的设计中，都是对称结构，即二端口网络输入、输出完全对称，输入二端口与输出二端口可以互换。这是为了保证输入、输出阻抗无电抗分量、均呈现纯电阻特性而有意为之，意图达到逆变器零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)的目的。但是该对称性结论是在只分析单一频率的正弦波情况下得到的，忽略了其他频率谐波。然而，作为ICPT系统的谐振补偿网络，实际输入波形并非单一频率正弦波，而是方波。电压型逆变器对应于电压方波，电流型逆变器对应于电流方波。所以，对称型LCL三阶结构并不能达到输入输出阻抗为纯电阻的效果。ICPT系统逆变器在开关时刻，通过功率管的瞬时电流值并不为零，导致逆变器处于硬关断工作状态，产生较大的开关损耗。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种基波电流补偿高次谐波电流的LCCL谐振结构，该结构可以实现ICPT系统逆变器的零电流关断。