一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路，包括第一非接触变换模块支路和第二非接触变换模块支路，利用非接触变换器在恒压源激励下输出特性与非接触变压器原副边耦合系数成反比，在恒流源激励下输出特性与非接触变压器原副边耦合系数成正比的特性，将电压源与电流源复合激励，组合输出，消除或大大减小因耦合系数的改变而引起的系统输出特性的变化，其有利于后级电路的设计，提升了单一非接触供电系统在不同使用条件下的能量传输能力，有效地提高了系统的容错性和适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路
本专利技术的电压源与电流源复合激励的非接触变换器，属于电能变换领域。
技术介绍
非接触供电利用磁场耦合实现“无线供电”，即采用原副边完全分离的非接触变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得在能量传递过程中原边(供电侧)和副边(用电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电，具有良好的应用前景。一个完整的无线电能传输系统由电气隔离的原边和副边组成。整个系统包括3个核心单元：高频电能变换单元、谐振补偿单元和非接触变换单元。其中，非接触变换单元属于松耦合，其相比于紧耦合变压器存在低耦合、大漏感的缺点，如果不进行补偿，整个系统中会存在大量的无功功率，大大降低了系统传输功率和系统整体效率，制约了非接触供电技术的推广和应用。同时由于无线电能传输系统的原副边完全分离，实际应用中会存在原副边相对位置改变以及正对气隙距离变化等多种工况，导致变压器的电路参数发生较大变化，从而影响非接触变换器的工作性能。除了原副边相对位置变化引起的非接触变压器电路参数变化，类似于普通电源，无线电能传输系统应该能够适应不同的应用对象、负载属性及功率等级。为了降低非接触供电系统对一次供电侧的电力容量需求，以及提高二次侧能量传输能力。通常在非接触变压器的原副边，分别采用电容补偿的方式来消除漏感的影响，也就是无线电能传输系统中的谐振补偿单元。Chwei-SenWang；Stielau,O.H.；Covic,G.A.,"Designconsiderationsforacontactlesselectricvehiclebatterycharger,"IndustrialElectronics,IEEETransactionson,vol.52,no.5,pp.1308,1314,Oct.2005给出了原副边串并、串串、并并和并串四种基本补偿形式的特性分析。其他不同的补偿方式也有不同的文章对其进行了探讨。对不同的补偿拓扑进行归纳总结可以发现：1、不同的补偿网络有不同的输入输出特性，且非接触变换器的输出特性是与耦合系数密切相关的；2、原副边补偿电容的取值都是在非接触变压器原副边气隙固定的情况下计算得到的，当原副边气隙变化或出现偏移错位情况时，即耦合系数发生改变时，谐振频率点会偏移原来的设计参考点，大大限制了非接触供电系统的能量传输能力和适用性；3、一种补偿拓扑能够为用电设备提供的电压、电流、功率都是有限的。为了提高原副边错位偏移情况下非接触供电系统的能量传输能力，奥克兰MickelBudhia,JohnT.Boys,GrantA.CovicandChang-YuHuang,"DevelopmentofaSingle-SidedFluxMagneticCouplerforElectricVehicleIPTChargingSystems"IEEETransactionsonIndustrialElectronics,vol.60,no.1,January2013提出在非接触变压器副边两绕组(被简称DD绕组)中间叠加与副边绕组重叠的第三绕组(被简称Q绕组)，减小次级输出功率的横向错位敏感度，较好地解决了错位时处于“进、出磁通完全抵消”的“感应盲点”而影响变压器功率传输能力的问题。但是这种DDQ的绕组结构仅能改善非接触变压器在横向错位条件下的输出特性，对原副边垂直距离的变化(即气隙变化)，这种“DDQ”的绕组结构的输出特性仍有很大变化。考虑到实际应用中非接触变压器原副边之前气隙大小以及错位情况的不确定性，仍需要进一步探讨研究。如何能得到一种高效可靠的无线电能传输电路，即能够提高非接触变换器在变压器原副边气隙变化以及错位情况的输出稳定性；又能够适应不同负载用电需求，成为本专利技术的设计重点。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种电压源与电流源复合激励的非接触变换器，有效提高变耦合系数条件下输出特性的稳定性。技术方案：一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路，包括第一非接触变换模块支路和第二非接触变换模块支路；所述第一非接触变换模块支路由第一输入源、第一原边补偿网络、第一非接触变压器、第一副边补偿网络、第一整流电路、第一滤波网络依次串联连接组成，所述第二非接触变换模块支路由第二输入源、第二原边补偿网络、第二非接触变压器、第二副边补偿网络、第二整流电路、第二滤波网络依次串联组成，所述第一滤波网络的输出和第二滤波网络的输出串联或并联连接后接在负载两端；对于所述第一非接触变压器和第二非接触变压器，流入其中一路非接触变压器原边绕组的电流为恒定量，流入另一路非接触变压器原边绕组的电流为随负载及耦合系数变化的变化量。进一步的，流入其中一路非接触变压器原边绕组的恒定电流通过LC变换网络或控制电路的方式实现。进一步的，所述第一输入源和第二输入源为交流恒压源或交流恒流源，或直流输入源加逆变电路变换得到。进一步的，两路非接触变换模块中的第一原边补偿网络和第二原边补偿网络、第一副边补偿网络和第二副边补偿网络为串联单电容补偿、并联单电容补偿、串并联电容补偿、并串联电容补偿、串/并联LC网络补偿、LCL形式补偿、LCC形式补偿，或者以上任意结构的组合形式。进一步的，两路非接触变换模块的副边电路共用，形成原边双绕组副边单绕组的非接触变压器结构。进一步的，第一非接触变压器和第二非接触变压器的绕组结构为单线圈结构、双线圈结构或多线圈结构，原边磁芯和/或副边磁芯的结构为U型、I型、两边柱底部沿侧边向外扩展的边沿扩展型、十字形或者上述形状的组合。有益效果：本专利技术所提出的一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路与现有技术相比的主要技术特点是，利用非接触变换器在恒压源激励下输出特性与非接触变压器原副边耦合系数(互感)成反比，在恒流源激励下输出特性与非接触变压器原副边耦合系数(互感)成正比的特性，将电压源与电流源复合激励，组合输出，消除或大大减小因耦合系数(互感)的改变而引起的系统输出特性的变化，其有利于后级电路的设计，提升了单一非接触供电系统在不同使用条件下的能量传输能力，有效地提高了系统的容错性和适用性。附图说明图1是传统的单电源激励的非接触变换电路。图2是单电源激励的ac/ac非接触变换单元的通用电路，图2(a)为单电压源激励及其对应补偿网络电路示意图，图2(b)为单电流源激励及其对应补偿网络电路示意图。图3是图2所示单电源激励ac/ac非接触变换单元不同端口的二端网络等效电路示意图，图3(a)是输入源与原边补偿网络的等效二端网络示意图，图3(b)是输入源与原边补偿网络的通用等效二端网络示意图，图3(c)是非接触变压器原边输入端口右侧等效阻抗电路示意图，图3(d)是基于非接触变压器的互感模型得到的非接触变压器输出端口左侧二端网络，图3(e)是通用流压、压流转换电路示意图。图4(a)是本专利技术的电压源与电流源复合激励非接触变换电路实施例一电路结构示意图，图4(b)、图4(c)、图4(d)均为图4(a)的等效变换电路。图5是本专利技术的电压源与电流源复合激励非接触变换电路实施例二电路示意图。图6(a)是本专利技术的电压源与电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路，其特征在于：包括第一非接触变换模块支路和第二非接触变换模块支路；所述第一非接触变换模块支路由第一输入源(F1)、第一原边补偿网络(F2)、第一非接触变压器(F3)、第一副边补偿网络(F4)、第一整流电路(F5_1)、第一滤波网络(F5_2)依次串联连接组成，所述第二非接触变换模块支路由第二输入源(S1)、第二原边补偿网络(S2)、第二非接触变压器(S3)、第二副边补偿网络(S4)、第二整流电路(S5_1)、第二滤波网络(S5_2)依次串联组成，所述第一滤波网络(F5_2)的输出和第二滤波网络(S5_2)的输出串联或并联连接后接在负载(5_3)两端；对于所述第一非接触变压器(F3)和、第二非接触变压器(S3)，流入其中一路非接触变压器原边绕组的电流为恒定量，流入另一路非接触变压器原边绕组的电流为随负载及耦合系数变化的变化量。

【技术特征摘要】
1.一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路，其特征在于：包括第一非接触变换模块支路和第二非接触变换模块支路；所述第一非接触变换模块支路由第一输入源(F1)、第一原边补偿网络(F2)、第一非接触变压器(F3)、第一副边补偿网络(F4)、第一整流电路(F5_1)、第一滤波网络(F5_2)依次串联连接组成，所述第二非接触变换模块支路由第二输入源(S1)、第二原边补偿网络(S2)、第二非接触变压器(S3)、第二副边补偿网络(S4)、第二整流电路(S5_1)、第二滤波网络(S5_2)依次串联组成，所述第一滤波网络(F5_2)的输出和第二滤波网络(S5_2)的输出串联或并联连接后接在负载(5_3)两端；对于所述第一非接触变压器(F3)和、第二非接触变压器(S3)，流入其中一路非接触变压器原边绕组的电流为恒定量，流入另一路非接触变压器原边绕组的电流为随负载及耦合系数变化的变化量。2.根据权利要求1所述的一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路，其特征在于：流入其中一路非接触变压器原边绕组的恒定电流通过LC变换网络或控制电路的方式实现。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾宏，柯光洁，张钰晟，
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