一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，控制模块输出高频逆变器的驱动方波信号，使得高频逆变器的输出电压为双频或多频电压的混合叠加。经原边多频共用补偿网络后，双频或多频电流同时激励原边发射线圈，通过磁场耦合将多频能量并行传输到到接收模块，接收模块实现双频或多频能量分离，解耦传输，分别输出频率为各频率的交流电压或电流，分别整流滤波后再组合输出给负载供电。本拓扑使得不同频率下的输出随互感变化趋势不一致，组合输出后得到随互感变化不敏感的输出电压或电流，大大减小了因发射线圈与接收线圈相对位置改变导致的输出波动，保证了高偏移工况下的无线电能传输系统的稳定输出。

A radio energy transmission topology with strong anti offset performance based on multi frequency energy parallel transmission

【技术实现步骤摘要】
一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑
本技术涉及一种具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，属于电能变换领域。
技术介绍
感应式无线电能传输利用磁场耦合实现“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，具有广泛的应用前景。然而，非接触变压器原副边相对位置改变使得变压器参数大范围变化，导致系统输出的波动和传输效率的显著下降，限制了WPT技术的推广与应用。为了提高无线电能传输系统的抗偏移能力，奥克兰MickelBudhia,JohnT.Boys,GrantA.CovicandChang-YuHuang,"DevelopmentofaSingle-SidedFluxMagneticCouplerforElectricVehicleIPTChargingSystems"IEEETransactionsonIndustrialElectronics,vol.60,no.1,Ja1nuary2013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。中国专利201720241345.5，一种电压源与电流源复合激励非接触变换电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(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，减小因互感改变而引起的系统输出波动。L.Zhao,D.J.Thrimawithana,U.K.Madawala,A.P.Hu,andC.C.Mi.Amisalignment-tolerantseries-hybridwirelessEVch1rgingsystemwithintegratedmagnetics,IEEETransactionsonPowerElectronics,2019,34(2):1276-1285.提出将LCC/LCC补偿拓扑与S/S补偿拓扑在输入侧串联、输出侧串联连接，获得随互感非单调变化的输出特性，提高错位容忍度。但是已有的组合输出提高错位容忍度的技术方案均需要两套变压器绕组，用铜量大，成本高；且外特性受限于非接触变压器的结构，在角向、对角线等复杂错位工况下交叉原副边的磁通耦合不可忽略，导致组合变换器的输出特性复杂，参数设计困难，只能在某些特定偏移方向下获得稳定的输出。考虑到实际应用中，原副边相对位置的偏移可能是任意方向的，需要提出新的解决方案。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，在任意偏移方向下均具有较小的输出波动。技术方案：一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，包括直流电源、高频逆变器、原边多频共用补偿网络、原边发射线圈、接收模块、负载，以及控制模块；所述控制模块输出所述高频逆变器的驱动方波信号；所述高频逆变器的输出为双频或多频电压或电流的混合叠加，频率包括f1、f2、……fn，n≥2；所述原边多频共用补偿网络采用LC高阶补偿拓扑，与所述原边发射线圈构成原边谐振网络，谐振频率为f1、f2、……fn，多频能量同时驱动原边发射线圈，通过磁场耦合到接收模块；所述接收模块包括与频率数相同数量的接收单元，每个接收单元包括选频网络、补偿网络和能量耦合线圈，n个接收单元分别输出频率为f1、f2、……fn的交流电压或电流，再分别经整流滤波单元整流滤波后组合输出给负载供电。进一步的，所述控制模块输出频率为f的方波信号驱动所述高频逆变器，所述高频逆变器输出频率f的基波与n次谐波正弦电压叠加的方波电压，所述频率f1、f2、……、fn为基波与/或三次与/或五次或任意高阶奇次谐波频率。进一步的，所述控制模块在周期T时间内分时输出频率为f1、f2、……、fn的方波信号。进一步的，所述选频网络为LC混合网络。进一步的，所述原边多频共用补偿网络包括实现所述LC高阶补偿拓扑的参数切换的开关或采用开关电容或电感调谐，所述控制模块输出所述原边多频共用补偿网络的开关、开关电容或电感的驱动信号，使所述原边谐振网络在t1时间内在频率f1谐振，t2时间内在频率f2谐振，……，tn时间内在频率fn谐振。进一步的，所述原边发射线圈为单绕组或双绕组或多绕组结构，两个或多个绕组共用一个原边多频共用补偿网络，任意两个绕组之间不存在磁通耦合或者串联LC选频网络实现解耦控制。进一步的，所述高频逆变器的输出为双频电压或电流的混合叠加，频率为f1和f2；双频能量同时驱动原边发射线圈，通过磁场耦合到接收端；所述接收模块包括接收单元1与接收单元2，所述接收单元1的能量耦合线圈与原边发射线圈构成非接触变压器，接收单元1的能量耦合线圈耦合频率为f1、f2的交流电压或电流；所述接收单元2的能量耦合线圈通过耦合到接收单元1中获取频率为f2的交流电压或电流；所述接收单元1与接收单元2分别输出频率为f1、f2的交流电压或电流，再分别经整流滤波单元整流滤波后组合输出给负载(6)供电。一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，包括直流电源、高频逆变器、原边多频共用补偿网络、原边发射线圈、接收模块、负载，以及控制模块；所述控制模块输出所述高频逆变器的驱动方波信号；所述高频逆变器的输出为双频或多频电压或电流的混合叠加，频率包括f1、f2、……fn，n≥2；所述原边多频共用补偿网络采用LC高阶补偿拓扑，与所述原边发射线圈构成原边谐振网络，谐振频率为f1、f2、……fn，多频能量同时驱动原边发射线圈，通过磁场耦合到接收模块；所述接收模块包括副边接收线圈、副边多频共用补偿网络、多频共用整流滤波电路；所述副边多频共用补偿网络为高阶LC网络，与副边接收线圈组成副边谐振网络，所述副边多频共用补偿网络包括实现参数切换的开关；所述控制模块输出副边多频共用补偿网络的开关驱动信号，使副边谐振网络在ti时间内的谐振频率为fi；所述副边多频共用补偿网络在ti时间内输出频率为fi的交流信号经整流滤波后给负载供电。一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，包括直流电源、高频逆变器、原边多频共用补偿网络、原边发射线圈、接收模块、负载，以及控制模块；所述控制模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，其特征在于：包括直流电源(1)、高频逆变器(2)、原边多频共用补偿网络(3)、原边发射线圈(4)、接收模块(5)、负载(6)，以及控制模块(7)；/n所述控制模块(7)输出所述高频逆变器(2)的驱动方波信号；所述高频逆变器(2)的输出为双频或多频电压或电流的混合叠加，频率包括f

【技术特征摘要】
1.一种基于多频能量并行传输的具有强抗偏移性能的无线电能传输拓扑，其特征在于：包括直流电源(1)、高频逆变器(2)、原边多频共用补偿网络(3)、原边发射线圈(4)、接收模块(5)、负载(6)，以及控制模块(7)；
所述控制模块(7)输出所述高频逆变器(2)的驱动方波信号；所述高频逆变器(2)的输出为双频或多频电压或电流的混合叠加，频率包括f1、f2、……fn，n≥2；所述原边多频共用补偿网络(3)采用LC高阶补偿拓扑，与所述原边发射线圈(4)构成原边谐振网络，谐振频率为f1、f2、……fn，多频能量同时驱动原边发射线圈(4)，通过磁场耦合到接收模块(5)；
所述接收模块(5)包括与频率数相同数量的接收单元，每个接收单元包括选频网络、补偿网络和能量耦合线圈，n个接收单元分别输出频率为f1、f2、……fn的交流电压或电流，再分别经整流滤波单元整流滤波后组合输出给负载(6)供电。


2.根据权利要求1所述的无线电能传输拓扑，其特征在于：所述控制模块(7)输出频率为f的方波信号驱动所述高频逆变器(2)，所述高频逆变器(2)输出频率f的基波与n次谐波正弦电压叠加的方波电压，所述频率f1、f2、……、fn为基波与/或三次与/或五次或任意高阶奇次谐波频率。


3.根据权利要求1所述的无线电能传输拓扑，其特征在于：所述控制模块(7)在周期T时间内分时输出频率为f1、f2、……、fn的方波信号。


4.根据权利要求1-3任一所述的无线电能传输拓扑，其特征在于：所述选频网络为LC混合网络。


5.根据权利要求1-3任一所述的无线电能传输拓扑，其特征在于：所述原边多频共用补偿网络(3)包括实现所述LC高阶补偿拓扑的参数切换的开关或采用开关电容或电感调谐，所述控制模块(7)输出所述原边多频共用补偿网络(3)的开关、开关电容或电感的驱动信号，使所述原边谐振网络在t1时间内在频率f1谐振，t2时间内在频率f2谐振，……，tn时间内在频率fn谐振。


6.根据权利要求1-3任一所述的无线电能传输拓扑，其特征在于：所述原边发射线圈(4)为单绕组或双绕组或多绕组结构，两个或多个绕组共用一个原边多频共用补偿网络(3)，任意两个绕组之间不存在磁通耦合或者串联LC选频网络实现解耦控制。


7.根据权利要求1所述的无线电能传输拓扑，其特征在于：所述高频逆变器(2)的输出为双频电压或电流的混合叠加，频率为f1和f2；双频能量同时驱动原边发射线圈(4)，通过磁场耦合到接收端；
所述接收模块(5)包括接收单元1与接收单元2，所述接收单元1的能量耦合线圈与原边发射线圈(4)构成非接触变压器，接收单元1的能量耦合线圈耦合频率为f1、f2的交流电压或电流；所述接收单元2的能量耦合线圈通过耦合到接收单元1中获取频率为f2的交流电压或电流；所述接收单元1与接收单元2分别输出频率为f1、f2的交流电压或电流，再分别经整流滤波单元整流滤波后组合输出给负载(6)供电。


8.一种基于多频...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯光洁，陈乾宏，徐立刚，温振霖，任小永，张之梁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，江苏展芯半导体技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32