[发明专利]双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法

说明书

本发明公开了双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法，属于无线电能传输的技术领域。该系统包括：高频全桥逆变电路、原边LC补偿网络、松耦合变压器、副边LC补偿网络、全桥整流滤波电路，通过调整原边补偿网络的LC参数使其输出负载所需的的恒流，通过调整副边补偿网络LC参数，使其同时实现电路近似零无功环流和开关器件的软开关，提高效率，减小器件应力。

技术领域

本发明公开了双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法，属于无线电能传输的技术领域，适用于如LED供电和电池充电等需要特定恒定电流输出的应用场合。

背景技术

无线电能传输技术是以高频交变的电磁场为媒介，以电磁理论为依据在供电端和受电端之间传输电能的一种新兴技术。无线电能传输技术无需供电端和受电端的电气和机械连接，安全可靠，受外界环境影响小。

无线电能传输系统中采用的松耦合变压器，耦合系数低，漏感值大，在电路中不可避免地产生无功环流，增加了器件应力和损耗，因此需要补偿其无功能量，一般采用电容来补偿变压器漏感产生的无功能量。根据补偿电容的连接方式，分为SS(串串)结构、SP(串并)结构、PS(并串)结构、PP(并并)结构，，其中，SS结构和PP结构在特定工作频率下能实现与负载无关的恒流输出，并且可以同时保证零无功能量或零输入相位角(Zero Phase Angle,ZPA)，但是输出的恒流值与变压器参数有关，在给定体积和位置的情况下，变压器参数可能无法满足负载需要的恒定电流要求。为减少输出电流对变压器参数的依赖，有文献提出一族高阶补偿网络，即一端为单电容串联或并联连接，另一端为T型或PI型网络，其分析和设计相对复杂。

双边LC谐振网络比传统的PP结构在副边多了一个谐振电感，由于双边结构的对称性，在应用中多用于双向电能传输进行设计和分析，具有PP结构的恒流特性，但其输出电流仍严重依赖变压器参数。双边LC的特性和设计并未进一步探讨，本发明旨在提出双边LC补偿网络的参数设计方法，使其输出电流不受限于变压器参数，且同时实现近似ZPA和开关器件的软开关。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法，通过调整原边LC参数实现负载所需的恒流输出，同时，通过调整副边LC参数使得系统的无功功率近似为零并实现了开关器件的软开关，解决了基于双边LC谐振网络的无线电能传输系统恒流输出的参数受限于变压器参数这一技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

双边LC谐振网络的无线电能传输系统，包括依次连接的高频全桥逆变电路、原边LC补偿网络、松耦合变压器、副边LC补偿网络、全桥整流滤波电路，原边LC补偿网络包括原边补偿电感和原边补偿电容，副边LC补偿网络包括副边补偿电感和副边补偿电容，其中，原边补偿电感的一端与高频全桥逆变电路的一桥臂中点连接，原边补偿电感的另一端同时与松耦合变压器原边绕组的一端、原边补偿电容的一极连接，松耦合变压器原边绕组的另一端及原边补偿电容的另一极均与高频全桥逆变电路的另一桥臂中点连接，副边补偿电容的一极及副边补偿电感的一端均与松耦合变压器副边绕组的一端连接，副边补偿电感的另一端接全桥整流滤波电路的一桥臂中点，副边补偿电容的另一极以及松耦合变压器副边绕组的另一端均与全桥整流滤波电路的另一桥臂中点连接；

元件参数按照选取，ω为系统工作的角频率，

若输出负载电流I_O满足表达式：时，原边补偿电感的电感值L₁为此时，副边补偿网络用以实现输入零功率因数角为目的调整副边补偿电感的电感值L₂为副边整流桥后采用输出滤波电容C_O滤波，