[发明专利]具有强抗偏移能力的感应式无线电能传输系统

说明书

一种具有强抗偏移能力的感应式无线电能传输系统，属于无线电能传输领域。本发明针对传统的补偿拓扑抗偏移能力差的问题。它的逆变电路输出电压经原边补偿拓扑、松耦合变压器及副边补偿拓扑后，再经整流电路提供给负载；将原边补偿拓扑、松耦合变压器和副边补偿拓扑等效为补偿拓扑受控源模型，得到副边补偿拓扑输出电压与原边补偿拓扑输入电压的比值关系，根据目标比值关系、松耦合变压器的原边线圈自感和副边线圈自感，确定对应于补偿电感L₁与补偿电容C₁的等效阻抗、对应于原边线圈自感与补偿电容C₂的等效阻抗、对应于副边线圈自感与补偿电容C₃的等效阻抗，以及对应于补偿电容C₄的等效阻抗。本发明能显著提高系统的抗偏移能力并实现零相角输入。

技术领域

本发明涉及具有强抗偏移能力的感应式无线电能传输系统，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

感应式无线电能传输的研究大致可分为逆变电路、补偿结构及松耦合变压器三部分。其主要的研究工作是在谐振式无线电能传输技术被发现后开始的，因此，对感应式无线电能传输领域的研究主要是其在工程中的应用。在谐振式无线电能传输技术被发现后，越来越多的学者注意到无线电能传输的潜力，于是纷纷投入到感应式无线电能传输的研究中。

对无线电能传输技术的研究总体上可以归纳为三大方面，即逆变电路研究、补偿结构研究和松耦合变压器本体研究。其中补偿结构包括原边和副边，分别补偿松耦合变压器原边和副边的漏感。从二十世纪九十年代开始，借鉴谐振变换器设计方法，基于LC串联(Serial)谐振和并联(Parallel)谐振的概念，陆续提出了S/S、S/P、P/S、P/P四种经典的低阶补偿拓扑。

四种经典的低阶补偿拓扑形式简单，但却存在谐振元件的电路灵敏度过高、输入输出增益不可调节(常常需要加后级DC-DC变换器)的缺点。特别是补偿漏感的电压型S/S拓扑，由于感性区过深，因而电路效率较低，故近年的研究热点转向高阶补偿拓扑。传统的补偿拓扑具有一定的抗偏移能力，但是大多数方案或仅能保持恒定的输出功，不具有恒压或者恒流的输出特性；或负载变化范围小；或对于无铁氧体的松耦合变压器，由于其线圈自感不随耦合系数变化或者变化很小，不具有抗偏移能力。

基于此，需要一种具有恒压或者恒流输出特性的抗偏移补偿拓扑PS/SP(PrimarySeries-parallel,Secondary Parallel-series)补偿拓扑，并对其抗偏移能力进行分析研究。

发明内容

针对传统的补偿拓扑抗偏移能力差的问题，本发明提供一种具有强抗偏移能力的感应式无线电能传输系统。

本发明的一种具有强抗偏移能力的感应式无线电能传输系统，包括逆变电路、原边补偿拓扑、松耦合变压器、副边补偿拓扑和整流电路；逆变电路输出电压经原边补偿拓扑、松耦合变压器及副边补偿拓扑后，再经整流电路整流，提供给负载；

所述原边补偿拓扑包括补偿电容C₁、补偿电容C₂和补偿电感L₁；副边补偿拓扑包括补偿电容C₃和补偿电容C₄；

原边补偿拓扑的正极与负极之间依次连接补偿电感L₁和补偿电容C₁，补偿电感L₁与松耦合变压器原边同名端之间连接补偿电容C₂，松耦合变压器原边另一端连接原边补偿拓扑的负极；

松耦合变压器副边同名端连接补偿电容C₃的一端，补偿电容C₃的另一端作为副边补偿拓扑输出电压的正极，松耦合变压器副边另一端作为副边补偿拓扑输出电压的负极，补偿电容C₄连接在副边补偿拓扑输出电压的正极和负极之间；