[发明专利]一种宇称-时间对称无铁芯恒压系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种宇称‑时间对称无铁芯恒压系统及其控制方法，包括宇称‑时间对称无铁芯变压器、不控整流模块、输出滤波电容、负载、过零比较电路、驱动电路、嵌入式控制器、电流采样电路以及电压采样电路；采样输出电压，与指令电压相减得到误差值，完成在PI补偿器的运算，PI补偿器的输出作为移相角；采样变压器原边电流，通过过零比较电路和频率检测模块获取电流频率；PWM发生器根据移相角和频率输出PWM信号控制非线性饱和受控电压源的输出，以稳定输出电压。本发明可实现无铁芯变压器在恒压系统中高效输出，解决了传统无铁芯变压器工作效率低的问题。

技术领域

本发明涉及电力电子的技术领域，尤其是指一种宇称-时间对称无铁芯恒压系统及其控制方法。

背景技术

铁芯是变压器的基本部件，其增加了原、副边绕组的磁耦合，减小励磁电流，从而实现更高的效率和功率因素。随着电力电子技术的深入研究，无铁芯变压器的应用成为了一个极具吸引力的实现目标，其具有以下优点：

1、不存在由磁滞和涡流引起的铁损；

2、避免了磁芯的饱和现象且磁导率将不受温度影响；

3、不会出现磁通不平衡现象，无磁芯振动噪音；

4、无需考虑铁芯和绕组的绝缘问题；

5、重量轻，成本低，重量功率密度得到了进一步提升；

尽管有上述优点，但低耦合、弱感量的缺点让无铁芯变压器变得不实用。因为变压器需要大的励磁电流以建立磁场，而大励磁电流将增大原边电流从而导致原边绕组的通态损耗增加。

近年来，宇称-时间对称理论被广泛应用于无线电能传输的研究，基于宇称-时间对称理论的无线电能传输可实现强抗偏移特性且输出电压恒定。该理论同样对于无铁芯变压器在充电系统中高效、实用运行有着极大的提升。但宇称-时间对称变压器在负载电阻增大时，即输出功率变低时，会出现破碎态，此时输入输出电压比大于1，不满足变压器的特性，因此需要提出一种可使宇称-时间对称变压器在全负载范围内实现恒定电压比输出的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种宇称-时间对称无铁芯恒压系统及其控制方法，可实现无铁芯变压器在恒压系统中高效输出，解决了传统无铁芯变压器工作效率低的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种宇称-时间对称无铁芯恒压系统，包括宇称-时间对称无铁芯变压器、不控整流模块、输出滤波电容、负载、过零比较电路、驱动电路、嵌入式控制器、电流采样电路以及电压采样电路；

所述宇称-时间对称无铁芯变压器包括原边回路和副边回路，所述原边回路包含非线性饱和受控电压源、原边漏感、原边串联补偿电容、原边绕组杂散电阻、励磁电感和原边绕组；所述副边回路包含副边绕组、副边漏感、副边串联补偿电容和副边绕组杂散电阻；所述非线性饱和受控电压源受驱动电路发出的信号控制，所述非线性饱和受控电压源的输出正极与原边串联补偿电容的一端相连接，所述原边串联补偿电容的另一端与原边漏感的一端相连接，所述原边漏感的另一端分别与励磁电感和原边绕组的一端相连接，所述励磁电感的另一端分别与原边绕组的另一端和原边绕组杂散电阻的一端相连接，所述原边绕组杂散电阻的另一端与非线性饱和受控电压源的输出负极相连接；所述副边绕组的一端与副边漏感的一端相连接，所述副边漏感的另一端与副边串联补偿电容的一端相连接，所述副边串联补偿电容的另一端与不控整流模块的一端输入相连接，所述不控整流模块的另一端输入与副边绕组杂散电阻一端相连接，所述副边绕组杂散电阻另一端与副边绕组的另一端相连接；所述不控整流模块的输出分别与输出滤波电容和负载相连接；

所述电压采样电路采样负载两端的电压信号u_o，将电压信号u_o输入到嵌入式控制器；