[发明专利]基于T型CLC谐振网络的负载自适应ECPT系统及参数设计方法

说明书

本发明公开了一种基于T型CLC谐振网络的负载自适应ECPT系统及参数设计方法，在发射端电路中设置有T型CLC谐振网络，通过对T型CLC谐振网络中的参数进行合理设计，可以保证当接收端电路从系统中移除后，系统自动进入待机状态；当接收端电路移入后，系统重新高效地为负载传输功率，并且能够确保负载在一定范围内变化时，使系统具有较好的恒压输出特性，且这些功能都不需要依赖任何额外的检测和控制电路，降低了系统成本和控制器的设计难度。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，更具体地说，涉及一种基于T型CLC谐振网络的负载自适应ECPT系统及参数设计方法。

背景技术

WPT(Wireless Power Transfer,无线电能传输)技术借助磁场、电场、激光、微波等软介质实现电能从电源系统到用电设备的无电气接触传输，现已成为国内外科研机构研究与开发的热点。其中，基于电场耦合的电能传输方式具有电能耦合机构简易轻薄，成本低且形状易变等优点；在工作状态中，电场耦合机构的绝大部分电通量分布于电极之间，对周围环境的电磁干扰很小；当电场耦合机构之间或周围存在金属导体时，不会引起导体产生涡流损耗等特点。在某些领域的应用可与基于磁场耦合的无线电能传输技术形成优势互补，因此越来越多的专家学者围绕电场耦合电能传输(Electric-Field Coupled PowerTransfer,ECPT)技术展开研究。

在ECPT技术的某些应用中，例如电动汽车、厨房电器以及消费电子等可移动负载设备的充/供电，系统的电能接收端(包括：接收端耦合极板、功率调节电路以及用电设备的等效负载电阻等)经常会从无线供电系统中移入移除。另一方面，有些用电设备安装了电源开关，用电源开关的通断实现用电设备负载的投入切除。以电热水壶为例，当水沸腾后会自动切断电源。上述第一种工况中，电能接收端移入移除的时间尺度远大于ECPT系统逆变器开关管的工作周期，相对于ECPT系统逆变器开关管的工作周期而言可将其视为系统从满载-空载-满载的慢尺度变化。第二种工况中，负载在极短的时间内投入到系统或从系统中切除，因而可将其视为系统从满载-空载-满载的快尺度变化。为了便于区分，将电能接收端的移入移除称为负载的移入移除，将用电设备的投入切除称为负载的投入切除。通过研究发现，现有的ECPT系统在负载移除/切除后存在以下几个方面的问题：1)负载切除使得串联补偿电感所在的支路突然开路，进而导致电压尖峰产生，存在安全隐患；电能接收端移除或负载切除后，电压型ECPT系统的输入阻抗显著减小，流经逆变器开关管的电流易发生过冲，存在烧毁开关管的风险；2)电能接收端移除或负载切除后，系统的输入功率大，无法运行于待机模式(低输入功率状态)，对于长期处于空载状态的ECPT系统而言(如电动汽车无线充电系统)，将造成极大的电能浪费。上述问题的存在对ECPT系统的可靠性和安全性提出了严峻的挑战，同时也不利于实现节能减排。因此，在实际应用中要求ECPT系统的负载在任意时刻的移入/移除和投入/切除都不会对逆变器开关管造成明显的电压电流过冲。当负载移入/投入后，系统能够高效稳定地为负载提供需要的功率；当负载移除/切除后，系统能够自动进入待机状态。此外，在实际应用中有很多用电设备还要求无线供电系统对一定范围内的负载变化具有恒压输出特性。能够满足上述要求的ECPT系统即为负载自适应ECPT系统。

发明内容

针对目前研究存在的问题以及实际应用中对移动性负载无线供电的自适应特性要求，本发明提供一种基于T型CLC谐振网络的负载自适应ECPT系统及参数设计方法。

为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：