一种应用于无线输电系统的升压电路技术方案

本发明专利技术公开一种应用于无线输电系统的升压电路，所述电路包括：原边电路、副边电路；所述原边电路包括电源、第一前置升压电感L1、第二前置升压电感L2、电流逆变器、第一电解电容Cc、LCL谐振电路；所述电流逆变器包括第一开关管Q1、第二开关管Q1a、第三开关管Q2、第四开关管Q2a；所述副边电路包括串联谐振电路、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第五开关管Qs、第二电解电容Co以及负载。本发明专利技术中通过在原边设置前置升压电感，用于提供给电流逆变器由于开关管所需的软开关的电流，不需要现有技术中传统的全桥逆变器需要等效负载呈感性才能实现软开关。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于无线输电系统的升压电路
本专利技术涉及无线输电领域，特别是涉及一种应用于无线输电系统的升压电路。
技术介绍
无线输电系统是电力电子领域的一个重要组成部分，目前针对无线输电系统的研究非常广泛，为了优化无线输电系统，研究人员在传统的补偿谐振方式上通过增加更多的网络拓扑，以提高系统的效率、功率等性能。其中，有LCL谐振网络，其是由谐振电容与发射线圈并联后再与谐振电感串联组成。由于发射线圈上的电流与输入电压成正比，与线圈的电感量成反比，不受其他参数(如负载)的影响，因此LCL拓扑在负载变化的情况下有很好的系统表现。但是其需要的输入电压也较高，否则在发射线圈上很难有大电流也无法则副边产生高的感应电压。美国Evatran公司原边采用LCL拓扑传输3.3kW的功率，输入电压为400V；东北电力大学采用双边LCL的拓扑传输7.36kW，输入电压也为400V。东南大学采用LCL拓扑，输入电压26V，但是输出电压只有5V。可见，LCL拓扑在低压输入的情况应用并不广泛，其中一个原因就是其本身对输入电压大小有一定的要求。为了将此无线输电网络推广应用到低压供电环境，需要加入升压电路。但是，简单地在电源和逆变器之间串联boost升压电路，会明显增加电源体积和成本。此外，如果需要在副边实现进一步地升压，大多数研究是在整流桥和负载之间加入boost升压电路，但是也会导致副边体积的增加。目前，结合升压网络、半控整流升压电路实现无线输电系统升压和软开关的研究很少。随着无线输电技术的推广，低电压输入情况下升压和软开关必将成为一个重要的研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于无线输电系统的结构简单的升压电路，实现对输入电压的升压。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种应用于无线输电系统的升压电路，所述电路包括：原边电路、副边电路；所述原边电路包括电源、第一前置升压电感L1、第二前置升压电感L2、电流逆变器、第一电解电容Cc、LCL谐振电路；所述电流逆变器包括第一开关管Q1、第二开关管Q1a、第三开关管Q2、第四开关管Q2a；所述电源的正极与所述第一前置升压电感L1的一端以及第二前置升压电感L2的一端连接，所述第一前置升压电感L1的另一端与所述第二开关管Q1a的漏极、第一开关管Q1的源极以及LCL谐振电路的输入端连接，所述第二前置升压电感L2的另一端与所述第三开关管Q2的源极、第四开关管Q2a的漏极连接；所述第一电解电容Cc的一端与所述第一开关管Q1的漏极以及所述第三开关管Q2的漏极连接，所述第一电解电容Cc的另一端与所述第二开关管Q1a的源极以及所述第四开关管Q2a的源极连接；所述副边电路包括串联谐振电路、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第五开关管Qs、第二电解电容Co以及负载；所述第一二极管D1的阳极与所述串联谐振电路以及所述第五开关管Qs的源极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第二二极管D2的阴极、第二电解电容Co的一端以及负载的一端连接；所述第二二极管D2的阳极与所述第三二极管D3的阴极以及所述串联谐振电路连接，所述第三二极管D3的阳极与所述第五开关管Qs的漏极、第二电解电容的另一端以及负载的另一端连接。可选的，所述LCL谐振电路具体包括：谐振电感La、第一谐振电容Cp、发射线圈Lp；所述谐振电感La的一端与所述第二开关管Q1a的漏极连接，所述谐振电感La的另一端与所述第一谐振电容Cp的一端以及所述发射线圈Lp的一端连接，所述第一谐振电容Cp的另一端与所述发射线圈Lp的另一端连接。可选的，所述副边谐振电路包括：接收线圈Ls、第二谐振电容Cs；所述接收线圈Ls的一端与所述第二谐振电容Cs的一端连接，所述接收线圈Ls的另一端与所述第二二极管D2的阳极连接，所述第二谐振电容Cs的另一端与所述第一二极管D1的阳极连接。可选的，所述电源为24V。可选的，所述负载的阻值为52Ω，功率为200W。可选的，所述第一电解电容Cc的容量为200μF，所述第二电解电容Co的容量为220μF，所述第一谐振电容Cp的容量为222nF，所述第二谐振电容Cs的容量为12.8nF。可选的，所述第一前置升压电感L1和所述第二前置升压电感L2的电感值相同，均为51μH；所述谐振电感La的电感值为15.5μH；所述发射线圈Lp的值为15.5μH，所述接收线圈Ls的值为274.7μH。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术中该电路，在原边利用电流逆变器的特性，通过调节第二开关管Q1a和第四开关管Q2a的占空比，实现对输入电压的升压，在副边调节第五开关管Qs的通断，利用串联谐振网络的线圈本身实现蓄能升压，其结构简单，成本更低；通过在原边设置前置升压电感，用于提供给电流逆变器由于开关管所需的软开关的电流，不需要现有技术中传统的全桥逆变器需要等效负载呈感性才能实现软开关，因此本专利技术中电流逆变器的等效负载可呈纯阻性甚至弱容性，使得负载可调范围更广，应用范围更广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例应用于无线输电系统的升压电路结构图；图2为本专利技术实施例原边电路开关管时序图；图3(b)-图3(e)为本专利技术实施例软开关电路图；图4(a)为本专利技术实施例第二开关管Q1a开通前的电流情况示意图；图4(b)为本专利技术实施例第一开关管Q1开通前的电流情况示意图；图5(a)为本专利技术实施例第五开关管Qs关断而电流为正时，副边电路情况示意图；图5(b)为本专利技术实施例第五开关管Qs关断而电流为负时，副边电路情况示意图；图5(c)为本专利技术实施例第五开关管Qs开通而电流为正时，副边电路情况示意图；图5(d)为本专利技术实施例第五开关管Qs开通而电流为负时，副边电路情况示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种应用于无线输电系统的结构简单的升压电路，实现对输入电压的升压。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例应用于无线输电系统的升压电路结构图，如图1所示，所述电路包括：原边电路、副边电路；所述原边电路包括电源、第一前置升压电感L1、第二前置升压电感L2、电流逆变器、第一电解电容Cc、LCL谐振电路；所述电流逆变器包括第一开关管Q1、第二开关管Q1a、第三开关管Q2、第四开关管Q2a；所述电源的正极与所述第一前置升压电感L1的一端以及第二前置升压电感L2的一端连接，所述第一前置升压电感L1的另一端与所述第二开关管Q1a的漏极、第一开关管Q1的源极以及LCL谐振电路的输入端连接，所述第二前置升压电感L2的另一端与所述第三开关管Q2的源极、第四开关管Q2a的漏极连接；所述第一电解电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于无线输电系统的升压电路，其特征在于，所述电路包括：原边电路、副边电路；所述原边电路包括电源、第一前置升压电感L1、第二前置升压电感L2、电流逆变器、第一电解电容Cc、LCL谐振电路；所述电流逆变器包括第一开关管Q1、第二开关管Q1a、第三开关管Q2、第四开关管Q2a；所述电源的正极与所述第一前置升压电感L1的一端以及第二前置升压电感L2的一端连接，所述第一前置升压电感L1的另一端与所述第二开关管Q1a的漏极、第一开关管Q1的源极以及LCL谐振电路的输入端连接，所述第二前置升压电感L2的另一端与所述第三开关管Q2的源极、第四开关管Q2a的漏极连接；所述第一电解电容Cc的一端与所述第一开关管Q1的漏极以及所述第三开关管Q2的漏极连接，所述第一电解电容Cc的另一端与所述第二开关管Q1a的源极以及所述第四开关管Q2a的源极连接；所述副边电路包括串联谐振电路、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第五开关管Qs、第二电解电容Co以及负载；所述第一二极管D1的阳极与所述串联谐振电路以及所述第五开关管Qs的源极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第二二极管D2的阴极、第二电解电容Co的一端以及负载的一端连接；所述第二二极管D2的阳极与所述第三二极管D3的阴极以及所述串联谐振电路连接，所述第三二极管D3的阳极与所述第五开关管Qs的漏极、第二电解电容的另一端以及负载的另一端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于无线输电系统的升压电路，其特征在于，所述电路包括：原边电路、副边电路；所述原边电路包括电源、第一前置升压电感L1、第二前置升压电感L2、电流逆变器、第一电解电容Cc、LCL谐振电路；所述电流逆变器包括第一开关管Q1、第二开关管Q1a、第三开关管Q2、第四开关管Q2a；所述电源的正极与所述第一前置升压电感L1的一端以及第二前置升压电感L2的一端连接，所述第一前置升压电感L1的另一端与所述第二开关管Q1a的漏极、第一开关管Q1的源极以及LCL谐振电路的输入端连接，所述第二前置升压电感L2的另一端与所述第三开关管Q2的源极、第四开关管Q2a的漏极连接；所述第一电解电容Cc的一端与所述第一开关管Q1的漏极以及所述第三开关管Q2的漏极连接，所述第一电解电容Cc的另一端与所述第二开关管Q1a的源极以及所述第四开关管Q2a的源极连接；所述副边电路包括串联谐振电路、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第五开关管Qs、第二电解电容Co以及负载；所述第一二极管D1的阳极与所述串联谐振电路以及所述第五开关管Qs的源极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第二二极管D2的阴极、第二电解电容Co的一端以及负载的一端连接；所述第二二极管D2的阳极与所述第三二极管D3的阴极以及所述串联谐振电路连接，所述第三二极管D3的阳极与所述第五开关管Qs的漏极、第二电解电容的另一端以及负载的另一端连接。2.根据权利要求1所述的应用于无线输电系统的升压电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天风，唐厚君，杨喜军，马殿光，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31