一种双侧LCCL-T拓扑的低压大功率无线充电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种双侧LCCL‑T拓扑的低压大功率无线充电系统，属于无线充电谐振网络控制技术领域。本发明专利技术中直流电源Uin经过高频逆变电路转化为高频交流电后通过一次侧LCC补偿网络将能量从耦合机构的发射线圈L1传递到接收线圈L2上，接收线圈L2上的能量通过二次侧LCC补偿网络后，再经过降压变压器T降压得到低压大电流的电能，电能经同步整流电路后得到较为稳定的直流，该直流经过两路交错并联BOOST电路转化后可为车载电池充电。本发明专利技术具有控制简单、大功率传输、高效率等优点，有效降低系统二次侧补偿电感的电流，减小了系统整体损耗，可避免磁饱和现象带来的严重损害。

【技术实现步骤摘要】
一种双侧LCCL-T拓扑的低压大功率无线充电系统
本专利技术涉及一种双侧LCCL-T拓扑的低压大功率无线充电系统，属于无线充电谐振网络控制

技术介绍
随着现代电力电子控制技术、高频电能转化技术、半导体功率器件及磁性元件的等多种高新技术的发展，实现高效、大功率、中长传输距离的非接触式充电方式不断取得突破。不同于接触式充电，无线电能传输其充电端和受电端间为绝缘状态，非电气直接连接的充电方式使得电设备具有以下特点：摆脱了电缆的约束，有效避免漏电、火花、磨损等危害；提高了用户友好性，不同型号和品牌的设备可通用同一充电器；增强了充电方式的灵活性，使得如体内植入传感器无线充电成为了可能。充电过程逐步智能化、自动化的特性使得无线电能传输在医疗器械、矿井设备、汽车交通等领域具有明显竞争力。常见的双侧LCCL拓扑(L，电感；C，电容)的ICPT(InductiveCoupledPowerTransfer，感应耦合电能传输)充电系统在低压大功率场合下，二次侧补偿电感流过电流过大，产生较大的系统损耗容易引起磁饱和现象，导致严重的损坏。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种双侧LCCL-T拓扑(L，电感；C，电容；T，变压器)的低压大功率无线充电系统，同时提出补偿结构中二次侧补偿电感完全可由降压变压器在二次侧的等效电感替代。本专利技术的技术方案是：一种双侧LCCL-T拓扑的低压大功率无线充电系统，包括直流电源、逆变电路、补偿网络、耦合机构、同步整流电路、两路交错并联BOOST电路和车载电池，其中补偿网络包括一次侧LCC补偿网络和二次侧LCC补偿网络，在所述二次侧LCC补偿网络后加入一个降压变压器T，以减小二次侧LCC补偿网络中补偿电感中的电流值，所述直流电源连接到逆变电路输入端，通过逆变电路将直流转化为恒定频率的交流电，并输出给一次侧LCC补偿网络，再连接耦合机构，再经二次侧LCC补偿网络后由降压变压器T进行降压，降压变压器T副边连接同步整流电路，将交流转为直流，得到的直流电源再经BOOST升压电路实现不同等级的车载电池充电。其中一次侧LCC补偿网络包括一次侧补偿电感Lf1、补偿电容Cf1和补偿电容C1；所述二次侧LCC补偿网络包括二次侧补偿电感Lf2、补偿电容Cf2和补偿电容C2，其中补偿电感Lf2完全由降压变压器T的原边线圈L3替代，具体电路结构如下：直流电源与逆变电路的输入端相连，逆变电路的输出端A接到补偿电感Lf1的输入端，补偿电感Lf1的输出端分别与补偿电容Cf1的输入端和补偿电容C1的输入端相连，补偿电容C1的输出端与耦合机构的发射线圈L1的输入端相连，发射线圈L1的输出端连接补偿电容Cf1的输出端再接回到逆变电路的输出端B，耦合机构的接收线圈L2的输出端与补偿电容C2的输入端相连，补偿电容C2的输出端分别与补偿电容Cf2的输入端和降压变压器T中原边线圈L3的输入端相连，原边线圈L3的输出端与补偿电容Cf2的输出端相连后再回到接收线圈L2的输入端，降压变压器T的副边线圈L4的两端分别与同步整流电路的a端口和b端口相连，同步整流电路的输出端口与两路交错并联BOOST电路的输入端相连，两路交错并联BOOST电路的输出端正极与车载电池的正极相连，车载电池的负极回到BOOST电路的输出端负极。本系统还包括保护电路Ⅰ、控制电路Ⅰ、驱动电路Ⅰ、保护电路Ⅱ、控制电路Ⅱ、驱动电路Ⅱ和采样电路，所述采样电路用于对直流电源的输入电流Iin、车载电池的充电电流ib、充电电压ub进行采样，所述保护电路Ⅰ和保护电路Ⅱ用于对采样值Iin、ib和ub进行处理，当采样值不在设定阈值内，禁止驱动电路Ⅰ和驱动电路Ⅱ的输出，并同时给控制电路Ⅰ和控制电路Ⅱ发送错误信号；所述控制电路Ⅱ对充电电流ib和充电电压ub进行处理，再通过驱动电路Ⅱ调节两路交错并联BOOST电路上的驱动电压占空比，并将充电电流ib和充电电压ub数据由无线模块传递给控制电路Ⅰ，控制电路Ⅰ对其进行计算，在车载电池充满的状态下关断逆变电路，同时显示出车载电池的估计充电时间。所述耦合机构分为发射部分和接收部分，所述发射部分由外向内依次为铝板屏蔽层，铁氧体和发射线圈L1，所述接收部分由外向内依次为铝板屏蔽层，铁氧体和接收线圈L2；所述铁氧体由多个长方体磁芯布置成E型结构。所述逆变电路采用全桥逆变，逆变电路驱动信号由控制电路Ⅰ输出的PWM控制，同步整流电路采用NCP4308同步整流控制器。所述两路交错并联BOOST电路中功率开关均采用MOSFET，同时二极管也用MOSFET替代，即采用同步升压电路。本专利技术的工作原理：所述直流电源连接到逆变电路输入端，通过逆变电路将直流转化为恒定频率的交流电，并输出给一次侧LCC补偿网络，再连接耦合机构发射线圈，通过磁耦合的方式，将能量传输到耦合机构的接收线圈，再经二次侧LCC补偿网络，该网络由降压变压器充当补偿电感，后由降压变压器进行降压，变压器副边连接同步整流电路，将交流转为直流，得到的直流电源再经BOOST升压电路实现不同等级的车载电池充电。本专利技术的有益效果是：针对低压大功率无线电能传输系统，本文提出新型双侧LCCL-T拓扑的ICPT系统，该方案有效降低系统二次侧补偿电感Lf2的电流，减小了系统整体损耗，可避免磁饱和现象带来的严重损害；提出二次侧补偿电感Lf2完全由降压变压器的原边L3替代，该方式不仅可减小系统的无源补偿元件数量，避免增大整体系统的体积和复杂性，还可有效减小系统补偿线圈间的交叉互感及设计成本。附图说明图1是本专利技术电路原理示意图；图2是本专利技术系统整体示意图；图3是系统一次侧电路保护控制流程图；图4是系统二次侧电路控制框图；图5是耦合机构整体示意图；图6是含补偿线圈的接收端示意图；图7是新型LCC补偿的低压大功率ICPT系统的连续模式电流波形图；图8是新型LCC补偿的低压大功率ICPT系统的断续模式电流波形图；图9是ICPT系统输入功率与k1及UOUT的关系；图10是ICPT系统输出功率与k1及UOUT的关系。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：如图1所示，一种双侧LCCL-T拓扑的低压大功率无线充电系统，包括直流电源、逆变电路、补偿网络、耦合机构、同步整流电路、两路交错并联BOOST电路和车载电池，其中补偿网络包括一次侧LCC补偿网络和二次侧LCC补偿网络，在所述二次侧LCC补偿网络后加入一个降压变压器T，以减小二次侧LCC补偿网络中补偿电感中的电流值。如图2所示，其中一次侧LCC补偿网络包括一次侧补偿电感Lf1、补偿电容Cf1和补偿电容C1；所述二次侧LCC补偿网络包括二次侧补偿电感Lf2、补偿电容Cf2和补偿电容C2，本实施例中将图2中的补偿电感Lf2删去，即补偿电感Lf2完全由降压变压器T的原边线圈L3替代，具体电路结构如下：直流电源与逆变电路的输入端相连，逆变电路的输出端A接到补偿电感Lf1的输入端，补偿电感Lf1的输出端分别与补偿电容Cf1的输入端和补偿电容C1的输入端相连，补偿电容C1的输出端与耦合机构的发射线圈L1的输入端相连，发射线圈L1的输出端连接补偿电容Cf1的输出端再接回到逆变电路的输出端B，耦合机构的接收线圈L2的输出端与补偿电容C2的输入端相连，补偿电容C2的输出端分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双侧LCCL‑T拓扑的低压大功率无线充电系统，包括直流电源、逆变电路、补偿网络、耦合机构、同步整流电路、两路交错并联BOOST电路和车载电池，其中补偿网络包括一次侧LCC补偿网络和二次侧LCC补偿网络，其特征在于：在所述二次侧LCC补偿网络后加入一个降压变压器T，以减小二次侧LCC补偿网络中补偿电感中的电流值，所述直流电源连接到逆变电路输入端，通过逆变电路将直流转化为恒定频率的交流电，并输出给一次侧LCC补偿网络，再连接耦合机构，再经二次侧LCC补偿网络后由降压变压器T进行降压，降压变压器T副边连接同步整流电路，将交流转为直流，得到的直流电源再经BOOST升压电路实现不同等级的车载电池充电。

【技术特征摘要】
1.一种双侧LCCL-T拓扑的低压大功率无线充电系统，包括直流电源、逆变电路、补偿网络、耦合机构、同步整流电路、两路交错并联BOOST电路和车载电池，其中补偿网络包括一次侧LCC补偿网络和二次侧LCC补偿网络，其特征在于：在所述二次侧LCC补偿网络后加入一个降压变压器T，以减小二次侧LCC补偿网络中补偿电感中的电流值，所述直流电源连接到逆变电路输入端，通过逆变电路将直流转化为恒定频率的交流电，并输出给一次侧LCC补偿网络，再连接耦合机构，再经二次侧LCC补偿网络后由降压变压器T进行降压，降压变压器T副边连接同步整流电路，将交流转为直流，得到的直流电源再经BOOST升压电路实现不同等级的车载电池充电。2.根据权利要求1所述的双侧LCCL-T拓扑的低压大功率无线充电系统，其特征在于：所述一次侧LCC补偿网络包括一次侧补偿电感Lf1、补偿电容Cf1和补偿电容C1；所述二次侧LCC补偿网络包括二次侧补偿电感Lf2、补偿电容Cf2和补偿电容C2，其中补偿电感Lf2完全由降压变压器T的原边线圈L3替代，具体电路结构如下：直流电源与逆变电路的输入端相连，逆变电路的输出端A接到补偿电感Lf1的输入端，补偿电感Lf1的输出端分别与补偿电容Cf1的输入端和补偿电容C1的输入端相连，补偿电容C1的输出端与耦合机构的发射线圈L1的输入端相连，发射线圈L1的输出端连接补偿电容Cf1的输出端再接回到逆变电路的输出端B，耦合机构的接收线圈L2的输出端与补偿电容C2的输入端相连，补偿电容C2的输出端分别与补偿电容Cf2的输入端和降压变压器T中原边线圈L3的输入端相连，原边线圈L3的输出端与补偿电容Cf2的输出端相连后再回到接收线圈L2的输入端，降压变压器T的副边线圈L4的两端分别与同步整流电路的a端口和b端口相连，同步整流电路的输出端口与两...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思奇，舒文彬，代维菊，荣恩国，李得菘，罗淑龄，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53