[发明专利]一种对称的电力变换器电路拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于双向近场电能传输的电力变换器电路拓扑及其控制方法，所述电路拓扑包括全桥逆变、原边谐振动态补偿网络、原边线圈、副边线圈、副边谐振动态补偿网络、全桥同步整流及负载。本发明采用线圈与可调谐振电容串联的结构，在不同的线圈耦合系数，不同负载大小及由于温度、器件生产制造误差等因素引起的系统参数变化等条件下，均能通过调整电容切换开关的PWM占空比产生连续变化可调的等效串联谐振电容对谐振网络进行动态补偿，来实现全桥逆变的软开关，最小化系统能量传输中的无功功率，进而最大化系统电能传输效率，在系统恒定工作频率情况下，有效增强了系统输出特性的调整能力。此外，由于电路结构具有对称性，可实现近场电能的双向传输，即实现电网与负载间的双向能量流动，提高了系统在智能电网中的利用率。

技术领域

本发明涉及电力电子拓扑电路，尤其涉及一种对称的电力变换器电路拓扑结构及其控制方法。

背景技术

近场电能传输是通过将高频电路通过原边线圈转化为交变电磁场，副边线圈中产生的高频感应电流经整流电路转化为直流输出。近年来，该技术已经普遍应用于智能手机的无线充电产品中，另外此技术在家用机器人、工业机器人、电动汽车领域亦具有广阔的应用前景。

为了提高能量传输距离和效率，可以分别在原边线圈和副边线圈增加谐振补偿网络，即构成磁谐振。目前现有的谐振补偿网络的谐振频率由补偿网络中电感或电容、线圈自感或互感决定，在线圈间相对位置发生变化时，线圈自感及线圈间互感和耦合系数均会发生相应变化，另外在不同工作温度环境下，线圈结构中铁氧体的磁导率也会发生变化，进而导致线圈电气参数发生变化。此外，由于批量生产造成的电感误差及电容误差也无法避免。因此，在实际工作中，谐振频率会发生一定程度的变化，若开关频率偏离谐振频率过多，会造成高频逆变器的硬开关及过多无功功率损耗，功率输出能力降低等严重问题；若开关频率跟随谐振频率变化，则系统在不同工况下将占用较大的频率带宽资源，而一方面国内及国际相关标准均对工作频率范围进行了限定，另一方面，较宽的工作频率范围将使系统电磁兼容设计更加复杂，且增加系统成本。

在未来智能电网系统中，大功率近场电能传输不仅仅是从电网传输到负载(如电池)的单向能量流动，为了优化电网供电与负荷之间的关系“削峰填谷”，这就要求近场电能传输系统具备双向能量流动的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种对称的电力变换器电路拓扑结构。

实现本发明目的的技术方案为：一种对称的电力变换器电路拓扑结构，包括输入直流电源U₁、全桥逆变电路、原边谐振动态补偿网络、原边线圈3L_i1、副边线圈3L_o1、副边谐振动态补偿网络、全桥同步整流电路及负载电池U₂，所述全桥逆变电路、原边谐振动态补偿网络与副边谐振动态补偿网络、全桥同步整流电路的具体拓扑结构关于原边线圈3L_i1、副边线圈3L_o1对称；

所述输入直流电源U₁、全桥逆变电路、原边谐振动态补偿网络依次连接，所述原边谐振动态补偿网络输出端分别与原边线圈3L_i1的两端连接，所述副边线圈3L_o1的两端分别与副边谐振动态补偿网络的输入端连接，所述原边线圈3L_i1、副边线圈3L_o1同名端相对，所述副边谐振动态补偿网络的输出端与全桥同步整流电路的输入端连接，全桥同步整流电路的输出端与负载电池U₂的两端连接。