一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器，包括直流源、电流源型逆变桥、原边第一补偿电容、原边第二补偿电容、非接触变压器、副边第三补偿电容及副边整流滤波电路，其中电流源型逆变桥的输入端与直流源并联，原边第一补偿电容并联在电流源型逆变桥的输出端；原边第二补偿电容与非接触变压器的原边绕组串联后并联在原边第一补偿电容的两端；原边第一、第二补偿电容补偿激磁电感和原边漏感；所述非接触变压器的副边绕组与副边第三补偿电容串联后与副边整流滤波电路的输入端并联，副边第三补偿电容补偿副边漏感，适用于大多数非接触式电能传输场合。

【技术实现步骤摘要】
一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器
本专利技术涉及一种适用于非接触电能传输系统的原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器，属于电能变换领域。
技术介绍
非接触电能传输技术利用非接触变压器实现能量的无线传递，具有使用安全方便、无机械磨损、少维护、环境适应能力强等优点，已成为业界广泛关注的新型电能传输形式。非接触变压器是非接触电能传输系统的核心元件，分离的原、副边绕组及较大的气隙使其漏感较大、激磁电感较小。因而非接触变换器必须采用多元件谐振变换器，对漏感和激磁电感分别补偿，来提高电压增益和功率传输能力，同时减小环流损耗、提高变换效率。相应的，非接触谐振变换器的补偿方式一直以来就是非接触电能传输系统研究的重点之一。为了实现系统良好的变压器参数适应能力和高效率，相应的要求补偿方式要满足增益对负载变化和非接触变压器气隙变化不敏感以及输入阻抗接近纯阻性。目前常用的非接触谐振变换器的补偿方式为双电容补偿，包括原边串联/副边串联(简称串/串补偿)、原边串联/副边并联(简称串/并补偿)、原边并联/副边串联(简称并/串补偿)以及原边并联/副边并联(简称并/并补偿)四种补偿方式。为了能够适应负载的变化，让谐振变换器工作在增益交点处成为众多研究人员不约而同的选择。而且由于实际工作中负载大多为蓄电池，为提高蓄电池的使用寿命则较好的供电方式为输出恒流给电池充电。然而目前对于非接触电能传输场合下补偿方式的研究主要集中在输出电压恒定的研究上，如香港理工大学2009年发表的文章“人工心脏用非接触变换器的分析设计和控制”：ChenQ.,WongS.C.,andetc.Analysis,design,andcontrolofatranscutaneouspowerregulatorforartificialhearts[J].IEEETransonBiomedicalCircuitsandSystems，2009，13(1)：23-31研究了串/串补偿的输出电压增益交点特性，使得变换器自动工作在增益交点处获得良好的负载动态特性；又如南京航空航天大学2012年发表的“定增益自激式非接触谐振变换器的特性和控制”：RenX.，ChenQ.,andetc.Characterizationandcontrolofself-oscillatingcontactlessresonantconverterwithfixedvoltagegain[C].7thInternationalPowerElectronicsandMotionControlConference，Harbin，2012一文针对串/串以及串/并补偿提出了自激控制方法，使得变换器自动工作在增益交点处以实现输出电压的恒定。但目前对于非接触电能传输场合下关于输出电流恒定的补偿方式的研究相对来说很少，较为系统的研究为2001年奥克兰大学的呼爱国博士的毕业论文：SelectedresonantconvertersforIPTpowersupplies一文中指出了在原边绕组电流恒定的情况下采用副边并联补偿可实现输出恒流源的特性。然而该输出恒流源特性仅能够在变负载的情况下满足。其输出电流与变压器的互感参数M直接相关，一旦变压器原副边相对位置发生改变，输出电流也随之发生改变。如串/串、串/并补偿等适合电压源型逆变电路的补偿拓扑，其开关管的电流应力较大，而且副边有多个捡拾线圈时控制较困难。而电流源型逆变电路则因电流应力较低、控制方便已经在有轨电车、生产线自动化小车等应用场合得到了成功应用。并/串补偿和并/并补偿适合于电流源型逆变桥，并/串补偿的电流增益交点处输入相角均为零，利于宽负载变化范围内实现较高的效率。但是并/串补偿的输出电流增益交点值并不固定，对变压器气隙变化和原副边错位敏感，不适合变气隙应用场合。而并/并补偿没有电流增益交点，电流增益交点值对负载变化很敏感，不适合变负载应用场合。因此如何得到一种新型的补偿方式，适用于电流源型逆变电路，满足输出电流对负载变化和非接触变压器气隙及错位变化均不敏感，使之能够实现系统良好的变参数适应能力并达到较高的效率，成为了本专利技术设计的重点。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提供一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器，使得非接触电能传输系统的输出电流不随负载、非接触变压器参数等的变化而变化，并达到较高的效率。技术方案：一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器，包括依次连接的直流源、电流源型逆变桥、原边第一补偿电容、原边第二补偿电容、非接触变压器、副边第三补偿电容及副边整流滤波电路；其中，电流源型逆变桥的输入端并联在直流源的两端；所述原边第一补偿电容并联在电流源型逆变桥的输出端；所述原边第二补偿电容与非接触变压器的原边绕组串联后并联在原边第一补偿电容的两端；所述非接触变压器的副边绕组与副边第三补偿电容串联后与副边整流滤波电路的输入端并联。进一步的，所述电流源型逆变桥采用半桥结构的电流源型逆变电路、全桥结构的电流源型逆变电路或推挽式结构的电流源型逆变电路。进一步的，所述非接触变压器采用一个非接触变压器，或采用多个非接触变压器串并联组合而成。进一步的，所述非接触变压器的原边磁芯、副边磁芯采用导磁材料或非导磁材料；导磁材料如硅钢片、铁氧体、微晶、超微晶、坡莫合金或铁钴钒；非导磁材料如空气、陶瓷或塑料。进一步的，所述非接触变压器的原边绕组、副边绕组采用实心导线、Litz线、铜皮、铜管或者PCB绕组形式。进一步的，所述原边第一补偿电容、原边第二补偿电容、副边第三补偿电容是单一电容或是多个电容串并联组合而成。进一步的，副边整流滤波电路采用桥式整流、全波整流或倍压整流滤波电路。有益效果：现有非接触谐振变换器补偿方式中串/串、串/并补偿由于原边串联电容电压会被钳位，因此不适合电流源型逆变电路；而并/串补偿和并/并补偿虽然适用于电流源型逆变电路，但输出电流与非接触变压器的耦合系数或互感参数直接相关，使得其对变压器参数变化非常敏感；或者增益交点处输入阻抗非纯阻性，不利于提高系统效率。本专利技术对非接触电能传输系统采用原边并串补偿副边串联的补偿网络，适用于电流源型逆变电路；其中，原边第一补偿电容补偿非接触变压器的激磁电感，原边第二补偿电容补偿非接触变压器原边漏感，副边第三补偿电容补偿非接触变压器的副边漏感。使得电流增益交点处增益数值仅与非接触变压器的物理匝比相关，而与变压器的参数变化无关，因而使得其对负载变化、气隙变化及错位不敏感；增益交点处输入阻抗为阻性，输入相角为零，有利于提高系统变换效率，可广泛用于多种非接触供电应用场合。附图说明图1是本专利技术的一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器的电路结构示意图；图2是本专利技术采用对称半桥结构的电流源型逆变电路的原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器的电路结构示意图；图3是本专利技术采用不对称半桥结构的电流源型逆变电路的原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器的电路结构示意图；图4是本专利技术采用全桥结构的电流源型逆变电路的原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器的电路结构示意图；图5是本专利技术采用推挽结构的电流源型逆变电路的原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器的电路结构示意图；图6是本专利技术采用对称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器，其特征在于：包括依次连接的直流源(1)、电流源型逆变桥(2)、原边第一补偿电容(3)、原边第二补偿电容(4)、非接触变压器(5)、副边第三补偿电容(6)及副边整流滤波电路(7)；其中，电流源型逆变桥(2)的输入端并联在直流源(1)的两端；所述原边第一补偿电容(3)并联在电流源型逆变桥(2)的输出端；所述原边第二补偿电容(4)与非接触变压器(5)的原边绕组串联后并联在原边第一补偿电容(3)的两端；所述非接触变压器(5)的副边绕组与副边第三补偿电容(6)串联后与副边整流滤波电路(7)的输入端并联。

【技术特征摘要】
1.一种原边并串补偿副边串联补偿的非接触谐振变换器，其特征在于：包括依次连接的直流源(1)、电流源型逆变桥(2)、原边第一补偿电容(3)、原边第二补偿电容(4)、非接触变压器(5)、副边第三补偿电容(6)及副边整流滤波电路(7)；其中，电流源型逆变桥(2)的输入端并联在直流源(1)的两端；所述原边第一补偿电容(3)并联在电流源型逆变桥(2)的输出端；所述原边第二补偿电容(4)与非接触变压器(5)的原边绕组串联后并联在原边第一补偿电容(3)的两端；所述非接触变压器(5)的副边绕组与副边第三补偿电容(6)串联后与副边整流滤波电路(7)的输入端并联；其中，原边第一补偿电容补偿非接触变压器的激磁电感，原边第二补偿电容补偿非接触变压器原边漏感，副边第三补偿电容补偿非接触变压器的副边漏感。2.根据权利要求1所述的一种原边并串补偿副边串联补偿非接触谐振变换器，其特征在于：所述电流源型逆变桥(2)采用半桥结构的电流源型逆变电路、全桥结构的电流源型逆变电路或推挽式结构的电流源型逆变电路。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾宏，侯佳，任小永，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32