一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统，由发送电路和接收电路组成，可在接收电路设立恒流恒压切换电路一实现，恒流恒压切换电路一包括次级并联补偿电容和与次级并联补偿电容串联的切换开关一，且切换开关一的控制端与控制器一相连；也可在接收电路设立恒流恒压切换电路二实现，恒流恒压切换电路二包括次级串联补偿电容和与次级串联补偿电容并联的切换开关二，且切换开关二的控制端与控制器二相连。本发明专利技术提供的技术方案，既能输出恒定电流也能输出恒定电压，系统工作在一个频率点下，不会出现频率分叉现象，系统工作稳定，且其控制方便、结构简单可靠、制造成本低。

A Radio Power Transmission System with Constant Current and Constant Voltage Switching Output

【技术实现步骤摘要】
一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统
本专利技术实施例涉及无线电能传输
，尤其涉及一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统。
技术介绍
感应式无线电能传输技术是一种利用磁场等软介质实现非接触电能传输的新型供电技术，其以供电灵活、安全、稳定性高及环境亲和力强等优点广泛运用于医疗、消费电子产品、水下供电、电动车充电和轨道交通等领域。其中，运用感应式无线电能传输技术对电池进行无线充电，避免了传统插拔系统存在的接触火花和插头老化等弊端，发展前途巨大。为了实现电池安全充电，延长电池的使用寿命和充放电次数，通常主要包括恒流和恒压两个充电阶段。即在充电初期采用恒流模式，电池电压迅速增加；当电池电压达到充电设定电压时，采用恒压模式充电，充电电流逐渐减小直至达到充电截止电流，充电完成。也即对电池进行充电的感应式无线充电系统应能提供恒定的电流和电压。现有的无线充电系统的主要构成及工作过程为：工频交流电经过整流成为直流，经过逆变器后直流电逆变成高频交流电，高频交变电流注入初级线圈，产生高频交变磁场；次级线圈在初级线圈产生的高频磁场中感应出感应电动势，该感应电动势通过高频整流后向负载提供电能。由于负载(电池)的等效阻抗是变动的，所以在一定输入电压下系统难以输出负载所需的恒定电流或电压。为解决该问题，通常的方法有两种：一、在电路系统中引入闭环负反馈控制，如在逆变器前加入控制器调节输入电压或者采用移相控制，或者在次级线圈整流后加入DC-DC变换器；其缺陷是，增加了控制成本和复杂性，降低系统稳定性。二、采用变频控制，系统工作在两个不同频率点实现恒流和恒压输出，但是该方法会出现频率分叉现象，造成系统工作不稳定。
技术实现思路
本专利技术提供一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统，以解决现有技术的不足。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：本专利技术提供的第一种技术方案为：一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统，由发送电路和接收电路组成，所述发送电路包括依次连接的直流电源(E)、高频逆变器(H)和初级线圈(LP)，所述接收电路包括依次连接的次级线圈(LS)、次级恒压补偿电容(CS_CV)、次级补偿电容(Cf)、次级补偿电感(Lf)、整流滤波电路(D)和电池负载(Z)，其特征在于，所述次级恒压补偿电容(CS_CV)两端并联有恒流恒压切换电路一(Q1)；所述恒流恒压切换电路一(Q1)包括次级并联补偿电容(CL)和与所述次级并联补偿电容(CL)串联的切换开关一(S1)，且所述切换开关一(S1)的控制端与控制器一(K1)相连。进一步地，所述系统中，所述次级恒压补偿电容(CS_CV)的电容值由如下公式确定：其中，ω为系统工作角频率，为直流电源(E)的输出电压值，M为初级线圈(LP)与次级线圈(LS)的互感值，VB为设定充电电压，IB为设定充电电流。进一步地，所述系统中，所述次级补偿电容(Cf)的电容值由如下公式确定：进一步地，所述系统中，所述次级补偿电感(Lf)的电感值由式确定：进一步地，所述系统中，所述次级并联补偿电容(CL)的电容值由如下公式确定：本专利技术提供的第一种技术方案的使用方法是：控制器一(K1)控制切换开关一(S1)闭合，系统即工作于恒流模式，对负载输出恒定电流，即向电池提供设定的恒定充电电流IB；适合电池充电初期采用；控制器一(K1)控制切换开关一(S1)断开，系统即工作于恒压模式，对负载输出恒定电压，即向电池提供设定的恒定充电电压VB；适合电池充电后期、电池电压达到充电设定电压时采用。本专利技术提供的第二种技术方案为：一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统，由发送电路和接收电路组成，所述发送电路包括依次连接的直流电源(E)、高频逆变器(H)和初级线圈(LP)，所述接收电路包括依次连接的次级线圈(LS)、次级恒流补偿电容(CS_CC)、次级补偿电容(Cf)、次级补偿电感(Lf)、整流滤波电路(D)和电池负载(Z)，其特征在于，所述次级恒流补偿电容(CS_CC)和次级补偿电容(Cf)与次级补偿电感(Lf)连接点之间连接有恒流恒压切换电路二(Q2)；所述恒流恒压切换电路二(Q2)包括次级串联补偿电容(CS)和与所述次级串联补偿电容(CS)并联的切换开关二(S2)，且所述切换开关二(S2)的控制端与控制器二(K2)相连。进一步地，所述系统中，所述次级恒流补偿电容(CS_CC)的电容值由如下公式确定：其中，ω为系统工作角频率，为直流电源(E)的输出电压值，M为初级线圈(LP)与次级线圈(LS)的互感值，IB为设定充电电流。进一步地，所述系统中，所述次级补偿电容(Cf)的电容值由如下公式确定：进一步地，所述系统中，所述次级补偿电感(Lf)的电感值由如下公式确定：其中，VB为设定充电电压。进一步地，所述系统中，所述次级串联补偿电容(CS)的电容值由如下公式确定：本专利技术提供的第二种技术方案的使用方法是：控制器二(K2)控制切换开关二(S2)闭合，系统即工作于恒流模式，对负载输出恒定电流，即向电池提供设定的恒定充电电流IB；适合电池充电初期采用；控制器二(K2)控制切换开关二(S2)断开，系统即工作于恒压模式，对负载输出恒定电压，即向电池提供设定的恒定充电电压VB；适合电池充电后期、电池电压达到充电设定电压时采用。本专利技术提供的一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统，适用于对电池进行充电，只需在次级回路加入一个切换开关和一个电容组成恒流恒压切换电路，则可实现既能输出恒定电流也能输出恒定电压，工作时只需简单地控制切换开关的切换，便能改变次级电容值，从而能够输出与负载无关的恒定电流和恒定电压，满足电池初期恒流充电、后期恒压充电的要求，没有复杂的控制策略，无需初级和次级通信，系统工作在一个频率点下，不会出现频率分叉现象，系统工作稳定，且其控制方便、结构简单可靠、制造成本低。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，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。图1是可实现恒流或恒压输出的系统电路图；图2是可实现恒流或恒压输出的系统电路的T型等效电路图；图3是本专利技术实施例提供的一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统的结构示意图。图中标号说明：E为直流电源，H为高频逆变器，Q1为恒流恒压切换电路一，Q2为恒流恒压切换电路二，LP为初级线圈，LS为次级线圈，CS_CV为次级恒压补偿电容，CL为次级并联补偿电容，CS_CC为次级恒流补偿电容，CS为次级串联补偿电容，D为整流滤波电路，Z为电池负载，S1为切换开关一，S2为切换开关二，K1为控制器一，K2为控制器二，Vi为高频逆变器H的等效输出电压，R为从整流滤波电路输入端口看进去的电池等效负载，VB为电池两端的电压，IB为电池流过的电流。具体实施方式为了完整的描述本专利技术实施例提供的技术方案，并且易于被用户理解，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统，由发送电路和接收电路组成，所述发送电路包括依次连接的直流电源(E)、高频逆变器(H)和初级线圈(LP)，所述接收电路包括依次连接的次级线圈(LS)、次级恒压补偿电容(CS_CV)、次级补偿电容(Cf)、次级补偿电感(Lf)、整流滤波电路(D)和电池负载(Z)，其特征在于，所述次级恒压补偿电容(CS_CV)两端并联有恒流恒压切换电路一(Q1)；所述恒流恒压切换电路一(Q1)包括次级并联补偿电容(CL)和与所述次级并联补偿电容(CL)串联的切换开关一(S1)，且所述切换开关一(S1)的控制端与控制器一(K1)相连。

【技术特征摘要】
1.一种恒流恒压切换输出的无线电能传输系统，由发送电路和接收电路组成，所述发送电路包括依次连接的直流电源(E)、高频逆变器(H)和初级线圈(LP)，所述接收电路包括依次连接的次级线圈(LS)、次级恒压补偿电容(CS_CV)、次级补偿电容(Cf)、次级补偿电感(Lf)、整流滤波电路(D)和电池负载(Z)，其特征在于，所述次级恒压补偿电容(CS_CV)两端并联有恒流恒压切换电路一(Q1)；所述恒流恒压切换电路一(Q1)包括次级并联补偿电容(CL)和与所述次级并联补偿电容(CL)串联的切换开关一(S1)，且所述切换开关一(S1)的控制端与控制器一(K1)相连。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次级恒压补偿电容(CS_CV)的电容值由如下公式确定：其中，ω为系统工作角频率，为直流电源(E)的输出电压值，M为初级线圈(LP)与次级线圈(LS)的互感值，VB为设定充电电压，IB为设定充电电流。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述次级补偿电容(Cf)的电容值由如下公式确定：4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述次级补偿电感(Lf)的电感值由式确定：5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述次级并联补偿电容(CL)的电容值由如下公式确定：6.一种恒流恒压切换输出的无线电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍辉，
申请(专利权)人：易事特集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44