[发明专利]一种远距离无线充电LCC-S拓扑参数设计方法

说明书

本发明公开了一种远距离无线充电LCC‑S拓扑参数设计方法，包括步骤：(1)目标参数设定；(2)根据设计要求计算谐振器所需满足的最低效率；(3)基于互感等效模型建立LCC‑S等效电路，分析获得电路参数与各支路电流、输入功率、输出功率以及效率之间的约束关系；(4)设计远距离传输条件下的磁耦合机构参数；(5)设计原边补偿电感(电容)参数；(6)计算补偿电感损耗、涡流损耗、磁滞损耗以及电容损耗；(7)计算谐振器效率并与目标设定值进行比较，若设计得到的谐振器效率大于等于目标设定效率，则所设计的参数值符合目标参数设定要求；否则需要返回步骤(4)重新设计参数。本发明用于推动无线电能传输技术应用的广泛性以及经济性。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种远距离无线充电LCC-S拓扑参数设计方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transmission，WPT)技术以其充电方式简便、安全等优势成为目前电气工程领域最活跃的研究方向之一，在军事、民用等方面具有广阔的发展前景。随着无线电能传输距离在军事应用越来越广泛，对其传输距离和效率的要求也越来越高，然而，现有的无线充电技术仅能实现中等距离(10cm-50cm)的能量传输，对远距离(50cm-200cm)传输能力较差，并且传输距离越远，电磁场耦合能力越差，电能的有效利用率就越低，这极大的限制了无线电能传输技术的广泛应用。因此，需要一种无线充电系统的参数设计方法来实现能量的远距离并且高效率传输，来提高无线电能传输技术应用的广泛性、经济性。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种远距离无线充电LCC-S拓扑参数设计方法，用于推动无线电能传输技术应用的广泛性以及经济性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种远距离无线充电LCC-S拓扑参数设计方法，该方法包括如下步骤：

(1)目标参数设定：无线充电系统负载接收功率P_L、系统效率η、发射端整流逆变效率η₁、副边线圈整流与DC-DC效率η₃、系统工作频率f以及磁耦合机构间的传输距离d；

(2)根据设计要求计算谐振器所需满足的最低效率η₂；

(3)基于互感等效模型建立LCC-S等效电路，分析获得电路参数与各支路电流、输入功率、输出功率以及效率之间的约束关系；

(4)设计远距离传输条件下的磁耦合机构参数，获得较优的磁耦合机构自感、互感参数；

(5)设计原边补偿电感(电容)参数，并计算得到逆变电源输出电流以及收发线圈电流；

(6)计算补偿电感损耗、涡流损耗、磁滞损耗以及电容损耗；

(7)计算谐振器效率并与目标设定值进行比较，若设计得到的谐振器效率大于等于目标设定效率，则所设计的参数值符合目标参数设定要求；若设计得到的谐振器效率小于目标设定效率，则需要返回步骤(4)重新设计参数。

所述的远距离无线充电LCC-S拓扑参数设计方法，步骤(2)中所述根据设计要求计算谐振器所需满足的最低效率η₂的具体方法是：

根据发射端整流逆变效率η₁、副边线圈整流与DC-DC效率η₃以及所要求的无线充电系统效率要求η计算谐振器所需要达到的最低效率η₂，其计算公式如下：

所述的远距离无线充电LCC-S拓扑参数设计方法，步骤(3)中所述基于互感等效模型建立LCC-S等效电路，分析获得电路参数与各支路电流、输入功率、输出功率以及效率之间的约束关系的具体方法是：

为使得原副线圈均处于谐振状态，则：