一种无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，该补偿网络使得无线电能传输系统的输出电压与负载无关，且不受非接触式变压器参数的限制，从而能够简化非接触式变压器的设计。本发明专利技术以系统的电压增益与负载无关、系统输入阻抗为纯阻性、系统效率最大化为目标确定补偿电路参数，进而确定恒压补偿网络拓扑，给出了4组原边、副边谐振网络均可由T型或者Π型网络等效的恒压补偿网络拓扑。IPT系统的输出电压不受限于非接触式变压器的参数，简化了非接触式变压器的设计；可同时实现与负载无关的恒压输出和单位功率因数，减少无功功率，降低器件应力的要求，提高传输效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，适用于无线充电场合，属于无线电能传输的

技术介绍
感应式无线电能传输(InductivePowerTransfer,IPT)技术以交变的电磁场为媒介，将能量传输到负载。由于无直接的电气接触，因而能够避免电火花，不受环境的影响，可以在恶劣的环境下工作。目前，IPT技术在消费电子、照明、电动汽车等领域获得到了广泛的应用。为高效传递有功能量，IPT变换器需具有以下特性：1、零无功功率，2、开关器件软开关，3、直接输出负载所需的电压或电流。电路中不存在无功能量，即单位功率因数，可有效减小器件应力，减小无功环流带来的损耗，有效提高传输效率和功率。软开关技术可进一步减少开关器件的损耗，提高效率。谐振补偿使得输出电压或电流与负载和频率有关，定频控制可避免输出受频率影响，为避免负载变化时对输出的影响，IPT变换器的输出应具有负载无关性。为同时实现以上目标，在基本的四种补偿拓扑结构中，经研究发现只有串串(SS)和并串(PS)结构工作在时可同时实现与负载无关的恒流输出和单位功率因数；串并(SP)和并并(PP)工作在时可同时实现与负载无关的恒压输出和单位功率因数。但上述结构的输出恒压和恒流大小均受非接触式变压器参数的影响，而非接触式变压器的参数受空间、距离限制，设计复杂，在有限的空间和距离下，变压器参数可能难以满足恒压或恒流要求。因此，本专利技术是基于以上问题，针对恒压提出一族新的补偿网络拓扑，使得在满足单位功率因数和输出负载无关性的前提下，通过设计补偿参数，可实现负载所需的恒定电压，该补偿网络可有效避免设计时对变压器参数的限制，从而简化变压器的设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，由该方法获取4种新型恒压谐振补偿网络，该谐振补偿网络能够实现不随负载变化的恒压输出，且恒压大小不受非接触式变压器参数限制，从而简化非接触式变压器设计，解决了现有恒压输出方案中输出大小均受非接触式变压器参数的限制以及在有限的空间和距离下变压器参数可能难以满足恒压要求的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，首先，分别在非接触式变压器原边和副边连接原边补偿电路和副边补偿电路，在原边补偿电路输入端施加正弦电压Vin后形成向副边补偿电路输出端负载供电的感应式无线电能传输系统；接着，以系统的电压增益E与负载无关、系统输入阻抗为纯阻性、系统效率最大化为目标确定系统的转移参数矩阵A，A=1E00E,]]>Vo为负载所需的输出电压；然后，选取串联在非接触式变压器原边的电容作为原边补偿电路，采用参数满足：Z1Z2Z3=jω(EM-LS)-jωMEjωME]]>的T型网络或者参数满足：ZAZBZC=-jωMEjωME-jωM2E2EM-LS]]>的Π型网络作为副边补偿电路，ω为工作角频率，CP为原边补偿电路的电容值，LP、LS分别为非接触式变压器原边绕组、副边绕组的电感值，M为非接触式变压器原副边绕组的互感值，Z1、Z2、Z3分别为T型网络参数，参数为Z1、Z2、Z3的器件的一端并接在一起，参数为Z1的器件的另一端和参数为Z2的器件的另一端构成T型网络的一个端口，参数为Z3的器件的另一端和参数为Z2的器件的另一端构成T型网络的另一个端口，ZA、ZB、ZC分别为Π型网络参数，参数为ZA的器件的一端和参数为ZB的器件的一端连接，参数为ZB的器件的另一端和参数为ZC的器件的一端连接，参数为ZA的器件的两端构成Π型网络的一个端口，参数为ZC的器件的两端构成Π型网络的另一个端口，在时：选取Z1为容性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性、ZC为感性的器件构成Π型网络，在时：选取Z2为容性、Z3为感性的器件以及Z1＝0的器件构成T型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性器件以及ZC无穷大的器件构成Π型网络，在时：选取Z1为感性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性、ZC为容性的器件构成Π型网络，在时：选取Z1为容性、Z2为感性、Z3为容性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为感性、ZB为容性、ZC为感性的器件构成Π型网络。无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，首先，分别在非接触式变压器原边和副边连接原边补偿电路和副边补偿电路，在原边补偿电路输入端施加正弦电压Vin后形成向副边补偿电路输出端负载供电的感应式无线电能传输系统；接着，以系统的电压增益E与负载无关、系统输入阻抗为纯阻性、系统效率最大化为目标确定系统的转移参数矩阵A，A=1E00E,]]>Vo为负载所需的输出电压；然后，选取串联在非接触式变压器副边的电容作为副边补偿电路，采用参数满足：Z1Z2Z3=jωME-jωMEjω(ME-LP)]]>的T型网络或者参数满足：ZAZBZC=jωM2E(ELP-M)jωME-jωME]]>的Π型网络作为原边补偿电路，ω为工作角频率，Cs为副边补偿电路的电容值，LP、LS分别为非接触式变压器原边绕组、副边绕组的电感值，M为非接触式变压器原副边绕组的互感值，Z1、Z2、Z3分别为T型网络参数，参数为Z1、Z2、Z3的器件的一端并接在一起，参数为Z1的器件的另一端和参数为Z2的器件的另一端构成T型网络的一个端口，参数为Z3的器件的另一端和参数为Z2的器件的另一端构成T型网络的另一个端口，ZA、ZB、ZC分别为Π型网络参数，参数为ZA的器件的一端和参数为ZB的器件的一端连接，参数为ZB的器件的另一端和参数为ZC的器件的一端连接，参数为ZA的器件的两端构成Π型网络的一个端口，参数为ZC的器件的两端构成Π型网络的另一个端口，在时：选取Z1为感性、Z2为容性、Z3为容性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为感性、ZB为感性、ZC为容性的器件构成Π型网络，在时：选取Z1为感性、Z2为容性的器件以及Z3＝0的器件构成T型网络，或者，选取ZB为感性、ZC为容性的器件以及ZA无穷大的器件构成Π型网络，在时：选取Z1为感性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性、ZC为容性的器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，其特征在于：首先，分别在非接触式变压器原边和副边连接原边补偿电路和副边补偿电路，在原边补偿电路输入端施加正弦电压Vin后形成向副边补偿电路输出端负载供电的感应式无线电能传输系统；接着，以系统的电压增益E与负载无关、系统输入阻抗为纯阻性、系统效率最大化为目标确定系统的转移参数矩阵A，A=1E00E,]]>Vo为负载所需的输出电压；然后，选取串联在非接触式变压器原边的电容作为原边补偿电路，采用参数满足：Z1Z2Z3=jω(EM-LS)-jωMEjωME]]>的T型网络或者参数满足：ZAZBZC=-jωMEjωME-jωM2E2EM-LS]]>的Π型网络作为副边补偿电路，ω为工作角频率，CP为原边补偿电路的电容值，LP、LS分别为非接触式变压器原边绕组、副边绕组的电感值，M为非接触式变压器原副边绕组的互感值，Z1、Z2、Z3分别为T型网络参数，参数为Z1、Z2、Z3的器件的一端并接在一起，参数为Z1的器件的另一端和参数为Z2的器件的另一端构成T型网络的一个端口，参数为Z3的器件的另一端和参数为Z2的器件的另一端构成T型网络的另一个端口，ZA、ZB、ZC分别为Π型网络参数，参数为ZA的器件的一端和参数为ZB的器件的一端连接，参数为ZB的器件的另一端和参数为ZC的器件的一端连接，参数为ZA的器件的两端构成Π型网络的一个端口，参数为ZC的器件的两端构成Π型网络的另一个端口，在时：选取Z1为容性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性、ZC为感性的器件构成Π型网络，在时：选取Z2为容性、Z3为感性的器件以及Z1＝0的器件构成T型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性器件以及ZC无穷大的器件构成Π型网络，在时：选取Z1为感性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性、ZC为容性的器件构成Π型网络，在时：选取Z1为容性、Z2为感性、Z3为容性的器件构成T型网络，或者，选取ZA为感性、ZB为容性、ZC为感性的器件构成Π型网络。...

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，其特征在于：
首先，分别在非接触式变压器原边和副边连接原边补偿电路和副边补偿电路，
在原边补偿电路输入端施加正弦电压Vin后形成向副边补偿电路输出端负载供电
的感应式无线电能传输系统；
接着，以系统的电压增益E与负载无关、系统输入阻抗为纯阻性、系统效
率最大化为目标确定系统的转移参数矩阵A，A=1E00E,]]>Vo为负载所
需的输出电压；
然后，选取串联在非接触式变压器原边的电容作为原边补偿电路，采用参数
满足：Z1Z2Z3=jω(EM-LS)-jωMEjωME]]>的T型网络或者参数满足：ZAZBZC=-jωMEjωME-jωM2E2EM-LS]]>的Π型
网络作为副边补偿电路，ω为工作角频率，CP为原边补偿电路的电
容值，LP、LS分别为非接触式变压器原边绕组、副边绕组的电感值，M为非接触
式变压器原副边绕组的互感值，Z1、Z2、Z3分别为T型网络参数，参数为Z1、Z2、
Z3的器件的一端并接在一起，参数为Z1的器件的另一端和参数为Z2的器件的另
一端构成T型网络的一个端口，参数为Z3的器件的另一端和参数为Z2的器件的
另一端构成T型网络的另一个端口，ZA、ZB、ZC分别为Π型网络参数，参数为
ZA的器件的一端和参数为ZB的器件的一端连接，参数为ZB的器件的另一端和参
数为ZC的器件的一端连接，参数为ZA的器件的两端构成Π型网络的一个端口，
参数为ZC的器件的两端构成Π型网络的另一个端口，
在时：选取Z1为容性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网
络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性、ZC为感性的器件构成Π型网络，
在时：选取Z2为容性、Z3为感性的器件以及Z1＝0的器件构成T
型网络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性器件以及ZC无穷大的器件构成Π型
网络，
在时：选取Z1为感性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网
络，或者，选取ZA为容性、ZB为感性、ZC为容性的器件构成Π型网络，
在时：选取Z1为容性、Z2为感性、Z3为容性的器件构成T型网络，
或者，选取ZA为感性、ZB为容性、ZC为感性的器件构成Π型网络。
2.一种无线电能传输系统恒压补偿网络拓扑的确定方法，其特征在于：
首先，分别在非接触式变压器原边和副边连接原边补偿电路和副边补偿电路，
在原边补偿电路输入端施加正弦电压Vin后形成向副边补偿电路输出端负载供电
的感应式无线电能传输系统；
接着，以系统的电压增益E与负载无关、系统输入阻抗为纯阻性、系统效
率最大化为目标确定系统的转移参数矩阵A，A=1E00E,]]>Vo为负载
所需的输出电压；
然后，选取串联在非接触式变压器副边的电容作为副边补偿电路，采用参数
满足：Z1Z2Z3=jωME-jωMEjω(ME-LP)]]>的T型网络或者参数满足：ZAZBZC=jωM2E(ELP-M)jωME-jωME]]>的Π
型网络作为原边补偿电路，ω为工作角频率，Cs为副边补偿电路的
电容值，LP、LS分别为非接触式变压器原边绕组、副边绕组的电感值，M为非接
触式变压器原副边绕组的互感值，Z1、Z2、Z3分别为T型网络参数，参数为Z1、

\tZ2、Z3的器件的一端并接在一起，参数为Z1的器件的另一端和参数为Z2的器件
的另一端构成T型网络的一个端口，参数为Z3的器件的另一端和参数为Z2的器
件的另一端构成T型网络的另一个端口，ZA、ZB、ZC分别为Π型网络参数，参
数为ZA的器件的一端和参数为ZB的器件的一端连接，参数为ZB的器件的另一端
和参数为ZC的器件的一端连接，参数为ZA的器件的两端构成Π型网络的一个端
口，参数为ZC的器件的两端构成Π型网络的另一个端口，
在时：选取Z1为感性、Z2为容性、Z3为容性的器件构成T型网
络，或者，选取ZA为感性、ZB为感性、ZC为容性的器件构成Π型网络，
在时：选取Z1为感性、Z2为容性的器件以及Z3＝0的器件构成T
型网络，或者，选取ZB为感性、ZC为容性的器件以及ZA无穷大的器件构成Π
型网络，
在时：选取Z1为感性、Z2为容性、Z3为感性的器件构成T型网
络，或者，选取ZA为容性、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲小慧，景妍妍，韩洪豆，黄少聪，谢智刚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32