[发明专利]一种适配任意原边串联补偿WPT系统的副边参数设计方法

说明书

一种适配任意原边串联补偿WPT系统的副边参数设计方法，能适配任意采用原边串联补偿的供电端，在原边结构和参数均不变的情况下，调整副边线圈及副边串联补偿电容容值实现负载所需的任意恒压输出，同时，调整副边并联补偿电容容值使得输入阻抗为纯阻性，系统内的无功功率近似为零并实现开关器件的软开关，解决了现有技术方案无法在原边即供电端各参数均不可调节的情况下同时实现负载指定的恒压输出、输入ZPA和开关器件的软开关。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体涉及一种适配任意原边串联补偿WPT系统的副边参数设计方法。

背景技术

感应式无线电能传输(Wireless PowerTransfer,WPT)技术通过非接触变压器原、副边线圈间的高频磁场耦合，实现原边供电端与副边受电端之间的电能传输，供电端与受电端间无需机械和电气连接，可实现“放下即充-拿走即用”的灵活充电，在手机、手表、耳机、平板电脑、物联网IoT甚至是无人机、家用机器人等设备的充电领域有着广泛的应用前景。

由于系统中非接触变压器的漏感大、耦合系数低，通常需要加入谐振元件来补偿其感性无功、提高传输效率、同时实现变负载下输出电压/电流的恒定。如，采用电容作为谐振元件的S/P(原边串联/副边并联)补偿、及S/SP补偿可在完全谐振状态下实现与负载无关的恒压输出且同时输入阻抗角为零(Zero-input PhaseAngle,ZPA)；S/S补偿可同时实现与负载无关的恒流输出和ZPA。然而，在系统设计时，需同时对原、副边的补偿电容容值进行调节，也就是说，原边补偿参数数值与副边(受电端)的状态是相关的，当副边的线圈结构、位置改变使得非接触变压器耦合磁路发生变化导致变压器参数改变、当负载所需的输出恒压/恒流值改变，都会需要重新对原边的补偿参数进行调节。显然，在这种情况下，供电端与受电端需一一对应，不同的受电端需使用与之匹配的供电端，才能在无线供电中同时实现指定的恒压/恒流输出和ZPA。造成了供电端不可通用，大大增加了设备数量和经济成本。

为了提高供电端的通用性，实际使用中希望单一的供电端可对大小不一、气隙不等的多种不同的用电设备进行供电。这种情况下，LCL或LCC补偿因其原边线圈电流恒定不随副边变化而变化的特性，成为广受关注的原边补偿方式。然而，原边线圈自感L_P的感值会随副边线圈结构、原副边间距等参数变化而改变，若不相应地调节原边的LC补偿参数，会造成原边补偿网络的失谐，从而无法保证输入ZPA，造成IPT系统效率的下降、甚至丢失软开关条件而造成开关器件的损坏。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术方案的不足，提供一种适配任意原边串联补偿WPT系统的副边参数设计方法，能适配任意原边采用串联补偿的供电端，在原边结构和参数均不变的情况下，调整副边线圈及副边串联补偿电容容值实现负载所需的任意恒压输出，同时，调整副边并联补偿电容容值使得输入阻抗为纯阻性，系统内的无功功率近似为零并实现开关器件的软开关，解决了现有技术方案无法在原边(供电端)各参数均不可调节的情况下同时实现负载指定的恒压输出、输入ZPA和开关器件的软开关。

一种适配任意原边串联补偿WPT系统的副边参数设计方法，其中：

所述WPT系统包括高频逆变电路1、原边串联补偿电容2、非接触变压器原边线圈3、非接触变压器副边线圈4、副边串联补偿电容5、副边并联补偿电容6、整流滤波电路7，所述高频逆变电路1输入端接直流电压源V_in，原边串联补偿电容2与非接触变压器原边线圈3所组成的串联支路的两端分别与高频逆变电路1的两桥臂中点连接，非接触变压器副边线圈4与副边串联补偿电容5所组成的串联支路的两端分别与整流滤波电路7的两桥臂中点连接，副边并联补偿电容6的两端也分别与整流滤波电路7的两桥臂中点连接，整流滤波电路7的输出端接有负载；