用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑及参数匹配方法组成比例

本发明专利技术提供了一种用于无线电能传输的双侧T‑S补偿拓扑及参数匹配方法，包括：依次相连的逆变器、第一T型结构、收发模块、第二T型结构以及整流器；逆变器的连接至直流电源输出端，用于将直流电逆变为交流电后传输给第一T型结构；第一T型结构用于获得稳定的电流并稳定发送端的传输功率；收发模块用于以无线方式将逆变的交流电传输至第二T型结构；第二T型结构用于获得稳定的电流并稳定接收端的传输功率；所述整流器，用于对接收端的交流电进行整流处理，输出相应的直流电。本发明专利技术很好的解决了传输功率等级以及功率传输的稳定性问题，实现原边线圈电流和输出电流恒定，不随负载变化；通过参数的匹配实现谐振频率与负载、原副线圈的距离无关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线电能传输系统，具体地，涉及一种用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑及参数匹配方法。
技术介绍
目前，谐振式无线电能传输系统广泛的应用在电动汽车、水下机器人、手机、无人机等各个工业领域。随着应用领域的不断扩大，对于无线电能传输系统的功率和效率的要求也越来越高，而补偿网络拓扑的结构对于功率和效率的影响都是很大的。传统的SS补偿网络拓扑结构虽然可以取得一定的性能，但是其传输功率不稳定，输出电流也不稳定，效率也不是很高，谐振频率容易受距离、负载的变化而变化。导抗变换器的引入，可以很好的解决传输功率等级以及功率传输的稳定性问题，同时可以实现原边线圈电流和输出电流恒定，不随负载变化；通过参数的匹配，可以实现谐振频率与负载、线圈的距离无关等特性，同时效率也比较高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑及参数匹配方法。根据本专利技术提供的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑，包括：依次相连的逆变器、第一T型结构、收发模块、第二T型结构以及整流器；所述逆变器连接至直流电源输出端，用于将直流电逆变为高频交流电后传输给第一T型结构；所述第一T型结构，用于获得稳定的电流，并稳定发送端的传输功率；所述收发模块，用于以无线方式将逆变的交流电传输至第二T型结构；所述第二T型结构，用于获得稳定的电流，并稳定接收端的传输功率；所述整流器，用于对接收端的交流电进行整流处理，输出相应的直流电。优选地，所述收发模块包括：原边线圈、副边线圈、第一补偿电容C1、第二补偿电容C2，所述原边线圈与副边线圈之间留有间隙，所述间隙的距离越小，则收发模块的传输效率越高；所述原边线圈的一端连接至第一补偿电容C1的一端，所述第一补偿电容C1的另一端构成所述收发模块的第一输入端；所述原边线圈的另一端构成所述收发模块的第二输入端；所述副边线圈的一端连接至第二补偿电容C2的一端，所述第二补偿电容C2的另一端构成所述收发模块的第一输出端；所述副边线圈的另一端构成所述收发模块的第二输出端。优选地，所述第一T型结构包括：电感Lt1、电感Lt2以及电容Ct1，所述电感Lt1的一端构成所述第一T型结构的第一输入端，所述电感Lt1的另一端分别连接至电感Lt2的一端、电容Ct1的一端；所述电感Lt2的另一端连接至收发模块的第一输入端，所述电容Ct1的另一端连接至收发模块的第二输入端。优选地，所述第二T型结构包括：电感Lt3、电感Lt4以及电容Ct2，所述电感Lt4的一端构成所述第二T型结构的第一输出端，所述电感Lt3的另一端分别连接至电感Lt4的一端、电容Ct2的一端；所述电感Lt3的另一端连接至收发模块的第一输出端，所述电容Ct2的另一端连接至收发模块的第二输出端。优选地，所述逆变器包括：开关S1、开关S2、开关S3、开关S4，开关S1的一端和开关S3的一端相连且构成直流电源的正输入端，开关S2的一端和开关S4的一端相连且构成直流电源的负输入端，开关S1的另一端与开关S2的另一端相连，开关S3的另一端与开关S4的另一端相连，其中：开关S1的另一端还连接至第一T型结构的第一输入端，开关S3的另一端还连接至收发模块的第二输入端。优选地，所述整流器包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L0、电容L0，电感L0的一端分别连接至二极管D1的负极、二极管D3的负极、电容C0的一端，电容C0的另一端分别连接至二极管D2的正极、二极管D4的正极，所述电感L0的另一端构成所述整流器的正电压输出端连接至电池的正极，所述电容C0的另一端构成所述整流器的负电压输出端连接至电池的负极；二极管D1的正极与二级管D2的负极相连，二极管D3的正极与二级管D4的负极相连，且二极管D1的正极连接至第二T型结构的第一输出端，二极管D3的正极连接至收发模块的第二输出端。根据本专利技术提供的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑的参数匹配方法，包括如下步骤：步骤1：控制原边线圈与副边线圈的距离，使原边线圈侧的电能通过耦合作用传输至副边线圈侧，原边线圈与副边线圈的距离越小则原边线圈与副边线圈的耦合性越好；步骤2：测量逆变器输出的交流电的输出频率，调整第一T型结构、收发模块以及第二T型结构的器件参数使电路谐振频率与所述交流电的输出频率一致；步骤3：通过调整逆变器输入直流电压与整流器的输出电压调整电路的输出功率。优选地，所述步骤2包括：步骤2.1：调整第一T型结构和第二T型结构的器件参数值，计算公式如下： L t 1 · C t 1 = 1 ω 0 2 , L t 2 · C t 1 = 1 ω 0 2 ]]> L t 3 · C t 2 = 1 ω 0 2 , L t 4 · C t 2 = 1 ω 0 2 ]]>式中，Lt1表示第一T型电感Lt1的电感值，Lt2为第二T型电感Lt2的电感值，Ct1为第一T型电容Ct1的电容值，Lt3为第三T型电感Lt3的电感值，Lt4为第四T型电感Lt4的电感值，Ct2为第二T型电容Ct2的电容值，ω0为逆变器的交流电输出频率；步骤2.2：调整收发模块的器件参数，计算公式如下： L 1 · C 1 = 1 ω 0 2 ]]> L 2 · C 2 = 1 ω 0 2 ]]>L1＝L2,C1＝C2式中：L1为原边线圈的电感值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线电能传输的双侧T‑S补偿拓扑，其特征在于，包括：依次相连的逆变器(104)、第一T型结构(105)、收发模块、第二T型结构(106)以及整流器(103)；所述逆变器连接至直流电源输出端，用于将直流电逆变为高频交流电后传输给第一T型结构；所述第一T型结构(105)，用于获得稳定的电流，并稳定发送端的传输功率；所述收发模块，用于以无线方式将逆变的交流电传输至第二T型结构；所述第二T型结构(106)，用于获得稳定的电流，并稳定接收端的传输功率；所述整流器，用于对接收端的交流电进行整流处理，输出相应的直流电。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑，其特征在于，包括：依次相连的逆变器(104)、第一T型结构(105)、收发模块、第二T型结构(106)以及整流器(103)；所述逆变器连接至直流电源输出端，用于将直流电逆变为高频交流电后传输给第一T型结构；所述第一T型结构(105)，用于获得稳定的电流，并稳定发送端的传输功率；所述收发模块，用于以无线方式将逆变的交流电传输至第二T型结构；所述第二T型结构(106)，用于获得稳定的电流，并稳定接收端的传输功率；所述整流器，用于对接收端的交流电进行整流处理，输出相应的直流电。2.根据权利要求1所述的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑，其特征在于，所述收发模块包括：原边线圈(101)、副边线圈(102)、第一补偿电容C1、第二补偿电容C2，所述原边线圈(101)与副边线圈(102)之间留有间隙，所述间隙的距离越小，则收发模块的传输效率越高；所述原边线圈(101)的一端连接至第一补偿电容C1的一端，所述第一补偿电容C1的另一端构成所述收发模块的第一输入端；所述原边线圈(101)的另一端构成所述收发模块的第二输入端；所述副边线圈(102)的一端连接至第二补偿电容C2的一端，所述第二补偿电容C2的另一端构成所述收发模块的第一输出端；所述副边线圈(102)的另一端构成所述收发模块的第二输出端。3.根据权利要求1或2所述的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑，其特征在于，所述第一T型结构(105)包括：电感Lt1、电感Lt2以及电容Ct1，所述电感Lt1的一端构成所述第一T型结构(105)的第一输入端，所述电感Lt1的另一端分别连接至电感Lt2的一端、电容Ct1的一端；所述电感Lt2的另一端连接至收发模块的第一输入端，所述电容Ct1的另一端连接至收发模块的第二输入端。4.根据权利要求1所述的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑，其特征在于，所述第二T型结构(106)包括：电感Lt3、电感Lt4以及电容Ct2，所述电感Lt4的一端构成所述第二T型结构(105)的第一输出端，所述电感Lt3的另一端分别连接至电感Lt4的一端、电容Ct2的一端；所述电感Lt3的另一端连接至收发模块的第一输出端，所述电容Ct2的另一端连接至收发模块的第二输出端。5.根据权利要求1所述的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑，其特征在于，所述逆变器(104)包括：开关S1、开关S2、开关S3、开关S4，开关S1的一端和开关S3的一端相连且构成直流电源的正输入端，开关S2的一端和开关S4的一端相连且构成直流电源的负输入端，开关S1的另一端与开关S2的另一端相连，开关S3的另一端与开关S4的另一端相连，其中：开关S1的另一端还连接至第一T型结构的第一输入端，开关S3的另一端还连接至收发模块的第二输入端。6.根据权利要求1所述的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑，其特征在于，所述整流器(103)包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L0、电容L0，电感L0的一端分别连接至二极管D1的负极、二极管D3的负极、电容C0的一端，电容C0的另一端分别连接至二极管D2的正极、二极管D4的正极，所述电感L0的另一端构成所述整流器(103)的正电压输出端连接至电池的正极，所述电容C0的另一端构成所述整流器(103)的负电压输出端连接至电池的负极；二极管D1的正极与二级管D2的负极相连，二极管D3的正极与二级管D4的负极相连，且二极管D1的正极连接至第二T型结构的第一输出端，二极管D3的正极连接至收发模块的第二输出端。7.一种用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑的参数匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：控制原边线圈与副边线圈的距离，使原边线圈侧的电能通过耦合作用传输至副边线圈侧，原边线圈与副边线圈的距离越小则原边线圈与副边线圈的耦合性越好；步骤2：测量逆变器(104)输出的交流电的输出频率，调整第一T型结构、收发模块以及第二T型结构的器件参数使电路谐振频率与所述交流电的输出频率一致；步骤3：通过调整逆变器(104)输入直流电压与整流器(103)的输出电压调整电路的输出功率。8.根据权利要求7所述的用于无线电能传输的双侧T-S补偿拓扑的参数匹配方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1：调整第一T型结构和第二T型结构的器件参数值，计算公式如下： L t 1 · C t 1 = 1 ω 0 2 , L t 2 · C t 1 = 1 ω 0 2 ]]> L t 3 · C t 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希，靳伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31