一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统技术方案

本发明专利技术是一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC‑S拓扑广域无线充电系统。所述系统包括：电压源、工频整流单元、若干逆变单元、若干补偿网络、电容C

【技术实现步骤摘要】
一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统
本专利技术涉及无线充电
，是一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统。
技术介绍
现有的一种使用多小线圈替代大发射线圈的切换式多发射线圈阵列，如图1所示，以解决在接收线圈中心位置相对于发射线圈中心位置存在偏移时，出现的效率降低问题。其优点是：在相同的圆形范围内，将原来的一个效率峰值点，优化成7个效率峰值点，原因是同尺寸的线圈，在正对时效率最高。该方案存在的问题是，当接收线圈位置处于两个或三个小发射线圈中间时，会出现效率低谷，如图2所示，因此无法解决接收线圈范围内的位置随机性带来的效率低谷问题，线圈的数量也决定了其控制系统的复杂度，增加了系统的成本。现有的一种多线圈阵列的系统，如图3所示，通过设置发射线圈的尺寸以配合接收线圈，使得当接收线圈位于充电区域的任意一点时，至少有一个发射线圈落在接收线圈的俯视平面范围内，通过开关切换使得对应的一个发射线圈导通进行充电。其优点是：解决了接收线圈位置随机性带来的效率低谷问题。该方案存在的问题是，在相对于接收线圈尺寸较大的一个充电区域内，该系统需要布置紧密排布的大量发射线圈，同时带来的是对应大量的补偿网络和复杂的切换控制结构；而且，为了在减小单个发射线圈尺寸的同时达到相应的互感要求，需要大量增加发射线圈的匝数，也因此需要缠绕多层线圈，如图4所示，从而增加了发射线圈阵列的高度。现有无线充电的接收线圈位置处于紧密排布的多小发射线圈中间时，会出现效率低谷。采用减小单个发射线圈尺寸以应对效率低谷的方法，若想得到相对接收线圈尺寸较大的一个充电范围，将会严重增加系统复杂度。
技术实现思路
本专利技术为提升无线充电效率，本专利技术提供了一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，本专利技术提供了以下技术方案：一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，所述系统包括：电压源、工频整流单元、若干逆变单元、若干补偿网络、电容CS、接收线圈Ls、副边整流单元、副边DCDC单元、负载电阻RL和若干发射线圈；所述电压源连接工频整流单元，所述工频整流单元连接若干逆变单元，所述若干逆变单元与若干补偿网络和若干发射线圈一一对应连接，所述若干发射线圈与接收线圈Ls互感，接收线圈Ls连接副边整流单元，所述副边整流单元连接副边DCDC单元，所述副边DCDC单元连接负载电阻RL。优选地，所述电压源采用220伏交流电压源。优选地，所述工频整流单元包括二极管D1、D2、D3和D4以及电容C1；所述电压源一端连接二极管D1的一端，所述二极管D1的另一端连接二极管D3的一端，二极管D3的一端连接电容C1的一端，所述电压源的另一端连接二极管D4的一端，二极管D4的另一端连接电容C1的另一端，二极管D1的一端连接二极管D2的一端，二极管D2另一端连接电容C1的另一端，二极管D3的另一端连接二极管D4的一端。所述若干逆变单元中的每个逆变单元的结构都是一致的，所述若干补偿网络中的每个补偿网络的结构都是一致的，所述若干发射线圈中的每个发射线圈结构都是一致的。优选地，逆变单元包括开关管Q11、Q12、Q13，补偿网络包括电感L14、电容CZ1和C11，发射线圈包括电感Lp1；开关管Q11的另一端连接开关管Q12的一端，开关管Q12的另一端连接电容C1的另一端，开关管Q11的一端连接开关管Q13的一端，开关管Q13的另一端连接开关管Q14的一端，开关管Q14的另一端连接开关管Q12的另一端；开关管Q11的另一端连接电感L14的一端，电感L14的另一端连接电容CZ1和C11的一端，电容CZ1另一端连接电感Lp1的一端，电感Lp1和电容C11的另一端连接开关管Q14的一端。优选地，所述副边整流单元包括电容CS以及开关管QS1、QS2、QS3和QS4,副边DCDC单元包括开关管QD1、开关管QD2、电容C2和电感L2接收线圈Ls的一端连接电容CS的一端，电容CS另一端连接开关管QS1的一端，开关管QS1的另一端连接开关管QS3的一端，开关管QS3的另一端连接开关管QS4的一端，开关管QS4的另一端连接开关管QS2的一端，开关管QS2的另一端连接开关管QS1的一端，接收线圈Ls的另一端连接开关管QS4的一端；开关管QS3的一端连接开关管QD1的一端，开关管QD1的另一端连接电感L2的一端，电感L2的另一端连接电容C2和负载电阻RL的一端，开关管QD1的另一端连接开关管QD2的一端，开关管QD2、电容C2和负载电阻RL的另一端连接开关管QS4的另一端。优选地，确定输入阻抗，通过下式表示输入阻抗：其中，Zin为输入阻抗，Us为逆变输出电压，I1为发射线圈的电流，Rs'为接收线圈的电阻与电压源的内阻和，ω为电流频率，C0为谐振电容，R1为发射线圈的电阻，M为互感，R2'为接收线圈电阻和负载电阻和；逆变输出电压Us不变时，确定逆变单元的输出电流，通过下式表示逆变单元的输出电流：其中，I0为逆变单元的输出电流，选取逆变单元的输出电流最小的作为最佳充电线圈。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可以实现在相对于接收线圈尺寸的大范围内，既消除传输效率的低谷，同时简化线圈切换控制结构。大幅减小了在大范围的充电区域内，保证任意位置的互感平稳性，大幅解决了接收线圈位置随机性带来的效率和传输功率降低的问题。本专利技术采用大线圈时，互感最小处相比于最大处降低了27.5％，而采用2*2发射线圈阵列，互感最小处仅比最大处降低5.1％。本专利技术减小了切换控制系统的复杂度，用较少的线圈即可获得较大范围的充电区域，这个范围是相对于接收线圈尺寸而言的较大范围，重叠排布的线圈最厚处只有四层，而且可以根据需要扩展为i行*j列的线圈阵列。附图说明图1是使用多小线圈替代大发射线圈的切换式多发射线圈阵列图；图2是传输效率图；图3是一种多线圈阵列的系统结构图；图4是发射线圈的匝数图；图5是基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统电路图；图6是基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统结构图；图7是单元线圈绕制图；图8是LCC-S谐振拓扑图；图9是基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统传输效率图，图9-(a)为采用一个大的发射线圈时，互感随接收线圈偏移的变化情况，图9-(b)为在同等面积下采用2*2发射线圈阵列，互感随接收线圈位置的变化情况。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。具体实施例一：根据图6所示，本专利技术提供一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，所述系统包括：电压源、工频整流单元、若干逆变单元、若干补偿网络、电容CS、接收线圈Ls、副边整流单元、副边DCDC单元、负载电阻RL和若本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，其特征是：所述系统包括：电压源、工频整流单元、若干逆变单元、若干补偿网络、电容C

【技术特征摘要】
1.一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，其特征是：所述系统包括：电压源、工频整流单元、若干逆变单元、若干补偿网络、电容CS、接收线圈Ls、副边整流单元、副边DCDC单元、负载电阻RL和若干发射线圈；
所述电压源连接工频整流单元，所述工频整流单元连接若干逆变单元，所述若干逆变单元与若干补偿网络和若干发射线圈一一对应连接，所述若干发射线圈与接收线圈Ls互感，接收线圈Ls连接副边整流单元，所述副边整流单元连接副边DCDC单元，所述副边DCDC单元连接负载电阻RL。


2.根据权利要求1所述的一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，其特征是：所述电压源采用220伏交流电压源。


3.根据权利要求1所述的一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，其特征是：所述工频整流单元包括二极管D1、D2、D3和D4以及电容C1；
所述电压源一端连接二极管D1的一端，所述二极管D1的另一端连接二极管D3的一端，二极管D3的一端连接电容C1的一端，所述电压源的另一端连接二极管D4的一端，二极管D4的另一端连接电容C1的另一端，二极管D1的一端连接二极管D2的一端，二极管D2另一端连接电容C1的另一端，二极管D3的另一端连接二极管D4的一端。


4.根据权利要求1所述的一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，其特征是：所述若干逆变单元中的每个逆变单元的结构都是相同的，所述若干补偿网络中的每个补偿网络的结构都是相同的，所述若干发射线圈中的每个发射线圈结构都是相同的。


5.根据权利要求4所述的一种基于多线圈切换控制的多逆变源LCC-S拓扑广域无线充电系统，其特征是：逆变单元包括开关管Q11、Q12、Q13，补偿网络包括电感L14、电容CZ1和C11，发射线圈包括电感Lp1；
开关管Q11的另一端连接开关管Q12的一端，开关管Q12的另一端连接电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓琼，柯艳国，朱春波，朱金大，章海斌，江海升，朱仲贤，王雄奇，杜鹏，张超，杨志宏，俞拙非，张千帆，宋凯，别致，周少聪，唐佳棋，骆健，武迪，温传新，吕晓飞，左志平，于春来，姜金海，张剑韬，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司检修分公司，哈尔滨工业大学，国电南瑞科技股份有限公司，重庆大学，国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34