[发明专利]基于LCCL-LC补偿的恒压无线充电系统及参数设计方法

说明书

本发明公开了一种基于LCCL‑LC补偿的恒压无线充电系统及参数设计方法，所述的恒压无线充电系统包括：直流电压源、逆变电路、LCCL‑LC补偿网络、松耦合变压器、整流电路、负载，直流电压源将直流电输入到逆变电路后转化为高频交流电，经过LCCL‑LC补偿网络补偿后，在松耦合变压器中由初级线圈通过电磁感应将电能传输到次级线圈，最后经过次级整流电路，实现负载的恒压无线供电。该发明能够实现初次级以谐振频率工作，并且实现初级线圈恒流、次级恒压输出的效果，从而有效提高无线充电的稳定性、传输效率和传输功率，满足了无线充电恒压输出的需求。

所属技术领域

本发明涉及电磁感应式无线充电技术领域，具体涉及一种基于LCCL-LC补偿的恒压无线充电系统及参数设计方法。

背景技术

电气时代开始至今，有线充电一直存在电线布局交叉繁复、插拔次数过多等现象，导致线路磨损、有触电和放电风险、使用麻烦、受环境影响大等问题；然而，无线充电实现了电气隔离，可避免触电和放电风险、使用安全灵活、有利于实现接口标准化和充电自动化。此外，在易燃易爆和水下等特殊环境，无线电能传输更是体现明显优势。

无线充电技术中，初级线圈电流恒定意味着能够产生稳定磁场，从而保证在初次级之间能够稳定传输电能，次级线圈才能获取稳定电压。然而，传统的无线充电系统中，当次级负载发生动态变化时会改变系统的谐振频率，从而使电压电流不稳定，一般的做法是增加电压控制电路，如buck电路和boost电路，但此举无疑增加了系统结构的复杂性和电能损耗。

发明内容

为了克服现有解决方案的缺陷，本发明的目的在于提供基于LCCL-LC补偿的恒压无线充电系统及参数设计方法，该系统及方法使得系统工作状态不受负载变化的影响，不仅实现了系统以谐振频率稳定工作，初级线圈恒流，次级恒压输出，并且简化了系统结构，提高无线充电效率。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于LCCL-LC补偿的恒压无线充电系统，所述的充电系统包括直流电压源、逆变电路、LCCL-LC补偿网络、整流电路、负载，所述的LCCL-LC补偿网络包括初级电路中的补偿电感L₁、补偿电容C₁、补偿电容C_p、初级线圈L_p和次级电路中的次级线圈L_s、补偿电容C_s，其中，初级线圈L_p和次级线圈L_s组成松耦合变压器，初级线圈L_p通过电磁感应将电能传输到次级线圈L_s；补偿电容C_p与初级线圈L_p串联，抵消掉初级线圈L_p的部分自感，得到等效电感L；补偿电容C₁和等效电感L构成并联谐振回路，补偿电感L₁串联在逆变电路的输出端，补偿电容C_s和次级线圈L_s构成串联谐振回路；

直流电压源与逆变电路连接，直流电压源将直流电输入到逆变电路后，由逆变电路转化为高频交流电；高频交流电经过由补偿电感L₁、补偿电容C₁、补偿电容C_p组成的初级电路后传输到初级线圈L_p；在松耦合变压器中初级线圈L_p通过电磁感应将电能传输到次级线圈L_s，然后经过串联补偿电容C_s，最后经过整流电路得到直流电，实现恒压输出给负载R供电。

进一步地，所述的初级线圈L_p等于次级线圈L_s，补偿电容C_p抵消掉初级线圈L_p的部分自感，得到的等效电感L满足并且补偿电感L₁等于等效电感L，其中ω为谐振频率。

进一步地，所述的谐振频率