[发明专利]一种波形正弦修正的无线电能传输系统设计方法

说明书

本发明公开了一种波形正弦修正的无线电能传输系统设计方法，包括电源、发射侧拓扑结构、发射线圈、接收线圈、接收侧拓扑结构和负载。接收侧拓扑结构包含反串联二极管和波形修正电路，波形正弦修正电路设计方法包含以下步骤：（1）二极管通过反串联进行连接，（2）确定波形修正电路的结构参数，（3）确定波形修正电路形式，使其能实现当待设计的工作频率上限取值发生变化时，通过改变等效电容结构中的电阻的取值，实现电路可调节。本发明一种波形正弦修正的无线电能传输系统设计方法解决了无线电能传输系统接收侧反串联二极管造成的波形失真问题，优化了无线电能传输系统。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种波形正弦修正的无线电能传输系统设计方法。

背景技术

传统的功率传输是通过有线方式实现的，因此在电力传输过程中不可避免地会产生传输损耗。同时，线路老化等因素大大降低了设备电源的可靠性和安全性，缩短了设备的使用寿命，因此寻找一种更灵活、更方便的电源传输模式已成为人类的美好追求。如今，无线功率传输方法越来越受到国际研究界的关注。无线功率传输意味着来自主侧的电能被传输到接收端，而不需要机械接触，它的应用也很广泛，如消费电子、工业设备、家用电器和生物医学传感器。在近场无线功率传输中，为了实现高传输效率和长传输距离，磁耦合谐振无线功率传输得到了广泛的研究和应用。与电感耦合功率传输相比，它具有更长的有效传输距离，与微波功率传输相比，它具有更高的效率。因此，磁耦合谐振模式技术已成为研究无线功率传输的热点。

发明内容

目前，在无线电能传输系统中可通过接收端加入反串联二极管增加系统传输带宽，实现自适应阻抗匹配，然而反串联二极管的加入会造成负载电流失真。本发明所要解决的技术问题是提出了一种波形正弦修正的无线电能传输系统设计方法，该方法有效解决了无线电能传输系统接收侧反串联二极管造成的波形失真问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种波形正弦修正的无线电能传输系统设计方法，其特征在于：所述无线电能传输系统由发射端和接收端组成，其中发射端包括依次相互串联的电源、发射侧电路拓扑结构和发射线圈，用于将电源提供的电能转化成磁场能并发射到接收端；接收端包括依次相互串联的接收线圈、接收侧电路拓扑结构和负载，用于将接收线圈接收发射线圈发射的磁场能并给负载供电；

所述发射侧电路拓扑结构包含相互串联的补偿电容和电阻，所述接收侧电路拓扑结构包含相互串联的反串联二极管和波形修正电路，其中反串联二极管是用于增加系统传输带宽，实现系统自适应阻抗匹配，波形修正电路用于有效抑制使用反串联二极管对波形的影响，该波形修正电路的设计方法如下：

步骤一：求出待设计的工作频率上限和基准频率的比值M，即

式中：f为待设计的工作频率上限，f₀为基准频率，用M求出电感值和电容值的大小，其中电感用L_(NEW)表示，电容用C_(NEW)表示，即式中：L_(OLD)和C_(OLD)为基准电感和基准电容且取值分别为√2μH和√2μF；

步骤二：求出待设计的特征阻抗与基准特征阻抗的比值K，即

式中：Z为待设计的特征阻抗，Z₀为基准特征阻抗，Z₀＝1Ω，再求出最终电感值和最终电容值，其中最终电感用L′_(NEW)表示，最终电容用C′_(NEW)表示，即L′_(NEW)＝L_(NEW)×K，式中，L_(NEW)和C_(NEW)由步骤一求得。