[发明专利]具有恒流输出特性的无线电能传输用LC/S补偿拓扑电路

说明书

技术领域

本发明涉及具有恒流输出特性的无线电能传输用LC/S补偿拓扑电路，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

与传统的缆线电能传输方式相比，无线电能传输作为一种新的电能传输方法，具有非常明显的优点，如更加方便、安全可靠、不受外部天气状况的影响等，因此，无线电能传输技术在各个领域获得了广泛的应用。合适的补偿拓扑能够有效地降低电源的功率等级，提高系统的功率因素，同时获得良好的输出特性，但是已有的补偿拓扑存在如下问题：

1、系统最大输出功率受到松耦合变压器参数的限制

目前一些无线电能传输的补偿拓扑中，如SS、SP、PS、PP、S/SP补偿拓扑，系统最大输出功率与松耦合变压器参数直接相关，只要松耦合变压器参数确定，系统最大输出功率就确定。若想改变系统的最大输出功率，需要重新制作松耦合变压器，但是制作符合要求的松耦合变压器需要大量的时间和人力，成本过高，效率低下。

2、补偿模型过于理想化，不合实际

理想情况下的理论分析表明，双边LCL补偿拓扑的输出特性等性能指标均满足要求，但在实际应用时，双边LCL补偿拓扑不满足要求，主要原因是补偿模型过于理想。

3、补偿元件数目过多，系统成本较高，尺寸较大，损耗较多

双边LCC补偿拓扑的输出特性等性能指标均满足要求，但是双边LCC补偿拓扑需要6个补偿元件(4个补偿电容，2个补偿电感)，导致系统成本、尺寸及损耗的增加。

发明内容

本发明是为了解决已存在的无线电能传输补偿拓扑若想改变系统的最大输出功率，需要重新制作松耦合变压器或者增加补偿元件数目，耗时耗力，效率低，并且增加了损耗的问题。现提供具有恒流输出特性的无线电能传输用LC/S补偿拓扑电路。

具有恒流输出特性的无线电能传输用LC/S补偿拓扑电路，它包括原边电源电路和副边负载电路，

原边电源电路包括直流电压源U_in、全桥逆变器、LC补偿电路和松耦合变压器的原边耦合线圈L_P，LC补偿电路包括原边补偿电感L₁和原边补偿电容C₁，

直流电压源U_in的正极连接全桥逆变器两个上桥臂的共联节点，直流电压源U_in的负极连接全桥逆变器两个下桥臂的共联节点，

原边补偿电感L₁的一端连接全桥逆变器的一个上、下桥臂的中点，原边补偿电容C₁的一端同时连接全桥逆变器的另一个上、下桥臂的中点和松耦合变压器的原边耦合线圈L_P的一端，原边补偿电感L₁的另一端同时连接原边补偿电容C₁的另一端和松耦合变压器的原边耦合线圈L_P的另一端，

副边负载电路包括松耦合变压器的副边耦合线圈L_S、副边补偿电容C₂、二极管全波整流桥、并联电容滤波器C_F和阻性负载R_L，

松耦合变压器的副边耦合线圈L_S的一端连接副边补偿电容C₂的一端，副边补偿电容C₂的另一端连接二极管全波整流桥的一个上、下桥臂的中点，松耦合变压器的副边耦合线圈L_S的另一端连接二极管全波整流桥的另一个上、下桥臂的中点，并联电容滤波器C_F的一端连接二极管全波整流桥的两个上桥臂的共联节点，并联电容滤波器C_F的另一端连接二极管全波整流桥两个下桥臂的共联节点，阻性负载R_L并联在电容滤波器C_F的两端。

本发明的有益效果为：

本申请的具有恒流输出特性的无线电能传输用LC/S补偿拓扑电路具有以下三个方面的有益效果：

(1)采用LC/S补偿拓扑，系统最大输出功率不受松耦合变压器参数的限制，能够在不更换松耦合变压器的前提下改变系统最大输出功率，从而达到节省时间和人力、降低成本、提高效率的目的。

(2)LC/S补偿拓扑具有良好的恒流输出特性，系统控制电路的设计大大简化，间接提高系统可靠性，降低系统成本。

(3)改变负载电路中的串联补偿电容，LC/S补偿拓扑的输入阻抗角即会改变，该补偿拓扑易于实现ZVS软开关(零电压开关)，软开关参数设计简单，电路调试容易；系统损耗较低，效率较高。

附图说明