[发明专利]双边LCC网络的WPT系统恒流恒压输出可调的参数设置方法

说明书

本发明公开了双边LCC网络的WPT系统恒流恒压输出可调的参数设置方法，属于无线电能传输的技术领域。该方法通过设置一组LCC补偿网络参数和输入电压值，在给定变压器参数情况下，无需改变电路结构和参数，调整不同的工作频率即可实现所需的恒流输出或恒压输出，满足电池充电需求，系统无论恒流输出还是恒压输出一直能够实现输入近似零无功功率，减小器件应力，同时实现开关器件软开关，提高传输效率，输出恒流或恒压可调，灵活性高，减少对变压器参数的依赖，避免后级变换器的二次调压或调流，简化系统结构，进一步提高效率。

技术领域

本发明公开了双边LCC网络的WPT系统恒流恒压输出可调的参数设置方法，属于无线电能传输的技术领域，适用电池充电场合以满足电池所需的先恒流后恒压要求。

背景技术

无线电能传输(WPT，Wireless Power Transmission)技术以电磁场为媒介进行能量传输，实现机械和电气的双隔离，在电动汽车、手机等电池充电场合获得广泛的应用。电池充电通常包括先恒流充电和后恒压充电两个阶段，因此无线充电系统需向电池提供其所需的恒流和恒压输出。

无线电能传输系统中采用的关键器件松耦合变压器，由于传输距离的存在，其耦合系数低且漏感值大，不可避免地在电路中产生无功环流，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、电感等无源器件来补偿变压器漏感产生的无功能量，同时，补偿电路亦改变了系统的传输特性。目前，补偿电路根据采用电感和电容的数量和连接方式可分为多种形式。总体而言，采用双边单电容的补偿结构，如：SS(串串)、SP(串并)、PS(并串)、PP(并并)，能在特定工作频率下实现与负载无关的恒流或者恒压输出，并且可以同时保证零无功能量或零输入相位角(Zero Phase Angle,ZPA)，但是输出的恒流值或者恒压值受制于变压器参数，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充电要求或者恒压充电要求，而且每一种拓扑结构只能输出恒流或者恒压，无法同时兼顾。为满足电池先恒流后恒压的充电要求，有研究提出基于四种补偿结构的复合型拓扑结构，通过模式开关切换实现电路拓扑的切换，但需要增加额外的交流开关和驱动电路，增加了成本和损耗。为减少输出恒流和输出恒压对变压器参数的依赖，有研究提出高阶补偿网络，但高阶补偿网络仍然无法满足一种拓扑既可实现恒流输出又可实现恒压输出的要求。

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LCC网络的WPT系统恒流恒压输出可调的参数设置方法，根据负载所需恒流及负载所需恒压设置一组LCC补偿网路参数和输入电压值，在给定变压器参数的情况下，无需改变电路结构和参数，调整系统工作频率即可实现所需的恒流输出和恒压输出，能够满足电池先恒流后恒压的充电需求，解决了现有无线电能传输系统在一组补偿网络参数下无法既可恒流输出又可恒压输出的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

双边LCC网络的WPT系统恒流恒压输出可调的参数设置方法，

WPT系统包括：高频全桥逆变电路、包含原边补偿电感、原边串联补偿电容、原边并联补偿电容的原边LCC补偿网络、松耦合变压器、包含副边补偿电感、副边串联补偿电容、副边并联补偿电容的副边LCC补偿网络、全桥整流滤波电路，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与原边串联补偿电容的一极、原边并联补偿电容的一极相连接，原边串联补偿电容的另一极与松耦合变压器原边绕组的一端连接，松耦合变压器原边绕组的另一端、原边并联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相连接，松耦合变压器副边绕组的一端与副边串联补偿电容的一极连接，副边串联补偿电容的另一极与副边并联补偿电容的一极、副边补偿电感的一端相连接，副边补偿电感的另一端与全桥整流滤波电路的一桥臂中点连接，松耦合变压器副边绕组的另一端、副边并联补偿电容的另一极均与全桥整流滤波电路的另一桥臂中点相连接，松耦合变压器原边绕组与原边串联补偿电容相连的一端、松耦合变压器副边绕组与副边串联补偿电容相连的一端互为同名端；