一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统技术方案

本发明专利技术公开了一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统，包括直流电源DC、开关S1、耦合电容C1、电阻Rs、补偿电感L1、耦合电容C2、整合二级管、稳压电容C3和负载电阻R

A new non resonant CPT system based on zeta circuit

【技术实现步骤摘要】
一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统


[0001]本专利技术涉及CPT系统
，更具体地说，本专利技术涉及一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力电子技术的日益成熟，无线电能传输技术逐渐在海内外得到广泛研究和应用，为电能的传输方式带来了一种革命性进步，无线电能传输技术可借助空间无形软介质(如磁场、电场、激光、微波等)实现将电能由能量发射端通过无直接电气连接的形式传递至能量拾取端，根据传输机理不同，无线电能传输主要分为基于磁场耦合的无线电能传输(IPT)和基于电场耦合的无线电能传输(CPT)，电场耦合作为同磁场耦合对偶的一种工作方式，仅用轻薄廉价的铝板或铜板作为发射接收极，且在周围存在金属物体时，泄露电场不会在其中引起涡流损耗，特定拓扑下对位置偏移具有极强的鲁棒性，在动态供电、电动汽车充电等方面具有特有的优势，但是在电容式无线电能传输系统中，由于耦合机构间的耦合电容容值过小，一般为pF级别，通常会在一次侧(提升电压)和二次侧(提升电流)增加包含谐振电感的补偿网络来提升系统的传输功率和传输效率。
[0003]参照说明书附图4，基于双边CLLC补偿的CPT系统：本文提出了一种用于电动汽车充电应用的CLLC补偿电容式功率传输系统，利用四块金属板形成两个电容器，实现150mm气隙距离下的无线电能传输。设计并实现了一个带有CLLC补偿电路的2.9kW输入功率CPT系统。实验样机工作频率为1MHz，在输出功率为2.57kW、气隙距离为150mm的情况下，其dc/>‑
dc效率为89.3％，验证了所提出的CLLC补偿电路的有效性。
[0004]上述文件所存在缺点：1、结构复杂，该系统采用了谐振型补偿拓扑，因而导致系统结构过于复杂，2、抗偏移性能差，当系统发射极板与接收极板发生相对偏移时，系统传输功率和传输效率将会大大降低，3、系统体积较为笨重，该系统的谐振电感元件以及发射与接收线圈均较大且不便于集成，除此之外，该系统采用了全桥型逆变器，存在较多半导体开关器件。
[0005]从上述内容我们可以得到的是：1、系统中存在谐振补偿拓扑所造成的系统结构过于复杂的问题；2、系统中存在谐振补偿拓扑所造成的系统过于笨重的问题；3、因耦合机构偏移所导致的系统传输功率和传输效率降低的问题。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统，包括直流电源DC、开关S1、耦合电容C1、电阻Rs、补偿电感L1、耦合电容C2、整合二级管、稳压电容C3和负载电阻R
L
；
[0008]所述直流电源DC的正负极端分别与开关S1和耦合电容C1相连接，所述开关S1的正
负极端分别与耦合电容C1和直流电源DC相连接，所述耦合电容C1的正负极端分别与开关S1和电阻R
S
相连接；
[0009]所述补偿电感L1的正负极端分别与开关S1和流电源DC相连接，所述电阻Rs的正负电极端分别与耦合电容C1和整合二级管相连接，所述耦合电容C2的正负电极端分别与整合二级管和直流电源DC相连接；
[0010]所述负载电阻R
L
的正负电极端分别与电阻Rs和耦合电容C2相连接。
[0011]在一个优选地实施方式中，所述整合二级管中有二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的正负电极端分别与电阻Rs和负载电阻R
L
连接，所述二极管D3的正负极端分别与电阻Rs和负载电阻R
L
相连接，所述二极管D2的正负极端分别与负载电阻R
L
和耦合电容C2相连接。
[0012]在一个优选地实施方式中，所述补偿电感L1与开关S1串联，所述补偿电感L1、电阻Rs与耦合电容C2并联。
[0013]在一个优选地实施方式中，所述电阻Rs、二极管D1、二极管D3与负载电阻R
L
串联，所述二极管D3、负载电阻R
L
与电阻Rs串联，所述二极管D2、耦合电容C2和负载电阻R
L
串联。
[0014]在一个优选地实施方式中，所述开关S1开通时，系统形成第一等效电路：
[0015]所述开关S1导通，直流电源DC给补偿电感L1、耦合电容C1、耦合电容C2以及负载供电。
[0016]在一个优选地实施方式中，所述补偿电感L1的正负极端分别与直流电源DC的正负极相连接，所述耦合电容C1的正负极端分别与直流电源DC和电阻Rs相连接，所述负载电阻R
L
的正负极端分别与电阻Rs和耦合电容C2相连接，所述耦合电容C2的正负极端分别与负载电阻R
L
和直流电源DC相连接。
[0017]在一个优选地实施方式中，所述耦合电容C1和补偿电感L1并联，所述耦合电容C1、电阻Rs、负载电阻R
L
和耦合电容C2串联，所述耦合电容C2、负载电阻R
L
和直流电源DC串联。
[0018]在一个优选地实施方式中，所述开关S1关闭时，系统形成第二等效电路；
[0019]所述开关S1关闭，由补偿电感L1、耦合电容C1和耦合电容C2给负载供电。
[0020]在一个优选地实施方式中，所述耦合电容C1的正负极端分别与补偿电感L1和电阻Rs相连接，所述耦合电容C2的正负极端分别与负载电阻R
L
和补偿电感L1相连接，所述补偿电感L1、耦合电容C1、耦合电容C2、电阻Rs和负载电阻R
L
串联。
[0021]本专利技术的技术效果和优点：
[0022]从系统结构上来看，相比于传统的谐振型CPT系统该系统具有更为简单且轻便的系统结构。第一，传统的谐振型CPT系统通常采用包含四个可控型半导体开关器件的全桥型逆变器，而该系统仅包含一个可控型半导体开关器件；第二，传统的谐振型CPT系统会在耦合机构两侧设计结构相对复杂的谐振型补偿拓扑，而该系统仅在电容耦合机构左侧设计了一个补偿电感；第三，传统的非谐振型CPT系统通常是由直流斩波电路改造而来，为了实现CCM(连续电流模式)模式输出，系统中会包含一个或多个数值较大电感，而该系统仅包含一个数值较小的电感(一般不足10uH)。
[0023]从开关控制策略上来看，传统的谐振型CPT系统所采用的全桥型逆变器需要两路互补且带死区的PWM波来控制，而该系统开关控制信号仅为一路PWM波。
[0024]从系统抗偏移性能上来看，当系统耦合机构发生偏移时，大部分传统的谐振型和
非谐振型CPT系统的传输功率和传输效率均会大大降低，而该系统传输功率和传输效率的波动均能控制在一个较小的范围内。
附图说明
[0025]图1为一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统，其特征在于，包括直流电源DC(1)、开关S1(2)、耦合电容C1(3)、电阻Rs(4)、补偿电感L1(5)、耦合电容C2(6)、整合二级管、稳压电容C3(11)和负载电阻R
L
(12)；所述直流电源DC(1)的正负极端分别与开关S1(2)和耦合电容C1(3)相连接，所述开关S1(2)的正负极端分别与耦合电容C1(3)和直流电源DC(1)相连接，所述耦合电容C1(3)的正负极端分别与开关S1(2)和电阻R
S
(4)相连接；所述补偿电感L1(5)的正负极端分别与开关S1(2)和流电源DC(1)相连接，所述电阻Rs(4)的正负电极端分别与耦合电容C1(3)和整合二级管相连接，所述耦合电容C2(6)的正负电极端分别与整合二级管和直流电源DC(1)相连接；所述负载电阻R
L
(12)的正负电极端分别与电阻Rs(4)和耦合电容C2(6)相连接。2.根据权利要求1所述的一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统，其特征在于：所述整合二级管中有二极管D1(7)、二极管D2(8)、二极管D3(9)和二极管D4(10)，所述二极管D1(7)的正负电极端分别与电阻Rs(4)和负载电阻R
L
(12)连接，所述二极管D3(9)的正负极端分别与电阻Rs(4)和负载电阻R
L
(12)相连接，所述二极管D2(8)的正负极端分别与负载电阻R
L
(12)和耦合电容C2(6)相连接。3.根据权利要求2所述的一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统，其特征在于：所述补偿电感L1(5)与开关S1(2)串联，所述补偿电感L1(5)、电阻Rs(4)与耦合电容C2(6)并联。4.根据权利要求2所述的一种新型基于Zeta电路的非谐振型CPT系统，其特征在于：所述电阻Rs(4)、二极管D1(7)、二极管D3(9)与负载电阻R
L
(12)串联，所述二极管D3(9)、负载电阻R
L
(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦瑞坤，罗博，马林森，
申请(专利权)人：常州志哲星电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：