[发明专利]用于电场耦合无线电能传输的阻抗匹配网络的优化方法

摘要

本发明公开了用于电场耦合无线电能传输的阻抗匹配网络的优化方法。电场耦合在中远距离传输的应用中，传输能力急剧下降的缺点一直困扰着研究者。本发明的步骤如下：步骤1、获取信号源内阻；步骤2、建立阻抗匹配网络内各元件的表达式；步骤3、建立电压增益与实际工作频率的函数关系式；步骤4、改变参数仿真电压变化曲线。本发明通过仿真模拟讨论在元件参数准确时，工作频率发生抖动以及电感的寄生电阻对系统电压增益造成的影响，得到参数设计时能够使电路的稳定性和电压增益都较理想的参数选值区间。过本发明的参数设计优化过程，可以避免电路在工作过程中发生不必要的损害。

主权项

1.用于电场耦合无线电能传输的阻抗匹配网络的优化方法，其特征在于：步骤1、获取信号源内阻Rs；步骤2、建立阻抗匹配网络内各元件的表达式2‑1.以LCL阻抗匹配网络作为阻抗匹配网络；LCL阻抗匹配网络包括电感L1、电感L2和电容C1；引入第一负载品质因数Q₁、第二负载品质因数Q₂和电感比k；第一负载品质因数Q₁为电感L1的阻抗与信号源内阻Rs的比值；第一负载品质因数Q₁为电感L2的阻抗与负载阻抗RL的比值；电感比k表示电感L1与电感L2的电感值之比；结合式(1)，引入综合品质因数2‑2.建立Q₁、Q₂关于Q₀、k的表达式如式(1)所示；2‑3.建立LCL阻抗匹配网络的参数计算表达式如式(2)所示；式(2)中，ω₀为目标工作频率；步骤3、建立电压增益|Mv|与实际工作频率ω的函数关系式如式(3)所示；式(3)中，C_E1为电场耦合无线电能传输电路中的第一对无线传输极板之间的电容值；C_E2为电场耦合无线电能传输电路中的第二对无线传输极板之间的电容值；j为虚数单位；步骤4、改变参数仿真电压变化曲线4‑1.设置纵坐标为电压增益，横坐标为频率，横坐标变量以目标工作频率ω₀为中心，左右偏移10％的电压增益坐标系；4‑2.建立Q₀的候选参数集{q₁,q₂,...,q_m}；建立k的候选参数集{k₁,k₂,...,k_n}；将1赋值给i，j和a；4‑3.将Q₀的值设定为q_i；将k的值设定为k_j；根据Q₀、k计算出Q₁、Q₂、L₁、L₂、C₁，并根据式(3)得到对应的电压增益随实际工作频率的变化曲线图；并读取电压增益随实际工作频率的变化曲线图在实际工作频率变化范围在0.96ω～1.04ω内的最大电压增益M_Vmax和最小电压增益M_Vmin；若M_Vmax和M_Vmin满足式(4)，则将q_i作为第a个综合品质因数候选值Q_a′，将k_j作为第a个电感比候选值k_a′，并将a增大1后进入步骤4‑4；否则，直接进入步骤4‑4；4‑4.若i＜m，j＜n，则将i增大1，并重复步骤4‑3；若i＝m，j＜n，则将1赋值给i，将j增大1，并重复步骤4‑3；若i＝m，j＝n，则进入步骤4‑5；4‑5.以a‑1个品质因数候选值中的最小值到最大值的闭区间作为综合品质因数Q₀的取值范围；以a‑1个电感比候选值中的最小值到最大值的闭区间作为电感比k的取值范围。