一种多线圈单管无线电能传输电路、系统与控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种多线圈单管无线电能传输电路、系统与控制方法，包括原边电路和副边电路，原边电路包括多路并联在直流电源上的单管谐振逆变无线电能发射电路，副边电路包括与单管谐振逆变无线电能发射电路一一对应的多路无线电能接收电路，每一路所述单管谐振逆变无线电能发射电路包括LC谐振回路、LCC补偿网络和发射线圈，其中：所述LC谐振回路包括串联在所述直流电源两端之间的谐振电感L

【技术实现步骤摘要】
一种多线圈单管无线电能传输电路、系统与控制方法


[0001]本专利技术涉及无线电能传输技术，具体涉及一种多线圈单管无线电能传输电路、系统与控制方法。

技术介绍

[0002]无线电能传输(wireless power transfer，WPT)技术可以使能量通过气隙传输，而不需要物理接触。其固有的安全、快捷，灵活等优势，被认为是代替电缆充电的最好选择，因此已广泛应用于消费电子、电动汽车、特种机械以及医疗电子等设备的供电。
[0003]在无线电能传输技术研究中，针对多线圈并联输出的研究多数基于全桥或半桥拓扑，但均存在控制及外围电路复杂、桥臂直通等问题。相比之下，单管谐振逆变电路具有可靠性高、控制简单、成本低、易于实现零电压开通等优点，但存在传输功率有限以及系统输入电流纹波大等不足。因此通过并联多个发射端并通过控制系统输入电流的相位角对进行纹波抑制，同时增大传输功率，此举是克服单管谐振逆变器不足的有效方式。在相同传输功率下，整个系统的控制方案相对于全桥拓扑更加简单。
[0004]文献：李厚基，王春芳，岳睿，等.基于SiC器件的单管无线电能传输电路研究[J].中国电机工程学报,2020,40(06):1808
‑
1817公开了一种基于单管谐振逆变器的无线电能传输电路，利用SiC MOSFET有效提高系统效率，但未考虑系统输入电流对系统的影响。此外，由于单管谐振逆变器的特殊性，常规的LCC谐振网络无法直接应用，有人提出按如图1所示电路结构进行设计，通过在发射端加入额外LC谐振电路进行谐振，使得LCC补偿网络作为滤波电路，但是其控制过程如图2所示，可以发现，其单管LCC补偿网络的系统输入电流畸变严重。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的首要目的在于提出一种多线圈单管无线电能传输电路，通过将谐振电容与开关管并联，将系统输入端的电流振荡转移到地。有效地改善了系统输入电流波形，减小了系统输入电流的THD，并通过多线圈并联输入的方式增大系统的传输功率，提高了系统效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]一种多线圈单管无线电能传输电路，包括原边电路和副边电路，其关键在于，所述原边电路包括多路并联在直流电源上的单管谐振逆变无线电能发射电路，所述副边电路包括与所述单管谐振逆变无线电能发射电路一一对应的多路无线电能接收电路，每一路所述单管谐振逆变无线电能发射电路包括LC谐振回路、LCC补偿网络和发射线圈，其中：所述LC谐振回路包括串联在所述直流电源两端之间的谐振电感L
a
和谐振电容C
a
，在所述谐振电容C
a
上并联有开关管Q，所述LCC补偿网络的前端连接在所述谐振电感L
a
上，所述LCC补偿网络的后端与所述发射线圈L
t
连接，每一路所述无线电能接收电路中设置有与所述发射线圈对应的接收线圈、副边补偿电容以及整流滤波电路。
[0008]可选地，所述单管谐振逆变无线电能发射电路设置有三路，对应的三个发射线圈在同一平面上呈三角分布。
[0009]可选地，每一路所述无线电能接收电路的输出端连接一个用电负载。
[0010]可选地，多路所述无线电能接收电路的输出端并联在同一个用电负载上。
[0011]可选地，所述开关管为SiC MOSFET管。
[0012]可选地，所述LCC补偿网络包括补偿电感L
f
、补偿电容C
f
和补偿电容C
t
，所述补偿电感L
f
和所述补偿电容C
f
串联在所述谐振电容C
a
的两端之间，所述补偿电容C
t
和所述发射线圈L
t
串联在所述补偿电容C
f
的两端之间；且有ω为系统工作角频率。
[0013]基于上述电路结构，本专利技术还提出一种多线圈单管无线电能传输系统，包括前文所述的任一种多线圈单管无线电能传输电路和用于控制开关管Q的PWM控制器，在所述PWM控制器上还连接有电流采样模块。
[0014]可选地，所述电流采样模块设置在所述原边电路中且分别采集各路所述单管谐振逆变无线电能发射电路的激励电流。
[0015]可选地，所述电流采样模块设置在所述副边电路中且分别采集各路所述无线电能接收电路的输出电流，然后通过无线通信模块接入所述PWM控制器中，由所述PWM控制器换算为各路所述单管谐振逆变无线电能发射电路的激励电流。
[0016]基于前文所述的系统，本专利技术还提供一种用于前文所述的多线圈单管无线电能传输系统的控制方法，其关键在于：当所述单管谐振逆变无线电能发射电路设置有三路时，所述PWM控制器设定第一路的移相导通角为0
°
，第二路的移相角为α，第三路的移相导通角为β，且按照：
[0017]I
in1
＝
‑
(I
in2
×
cosα+I
in3
×
cosβ)
‑
I
in2
×
sinα＝I
in3
×
sinβ
[0018]的约束关系进行控制，其中I
in1
表示第一路单管谐振逆变无线电能发射电路的激励电流，I
in2
表示第二路单管谐振逆变无线电能发射电路的激励电流，I
in3
表示第二路单管谐振逆变无线电能发射电路的激励电流。
[0019]本专利技术的效果是：
[0020](1)将谐振电容C
a
与开关管并联可有效地改善输入电流的波形，减小输入电流的突变。
[0021](2)谐振电感L
a
流过的电流与L
a
成反比，增大L
a
的值可以有效减小其流过的电流，增强系统效率；
[0022](3)通过控制多线圈激励电流移相的方式，可以有效地消除输入电流的纹波和线圈之间的部分环流，使得输入电流变得稳定，且提高系统功率等级。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0024]图1为现有技术中单管谐振逆变器LCC补偿网络结构；
[0025]图2为图1所示电路的工作模态波形图；
[0026]图3为本专利技术所提出的单管谐振逆变器LCC补偿网络结构；
[0027]图4为图3所示电路的工作模态波形图；
[0028]图5为谐振电感L
a
值与流过电流的关系曲线图；
[0029]图6为不同谐振电容C
a
的软开关波形图；
[0030]图7为LCC补偿网络输入的交流电压U
in
波形图；
[0031]图8为本专利技术具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多线圈单管无线电能传输电路，包括原边电路和副边电路，其特征在于，所述原边电路包括多路并联在直流电源上的单管谐振逆变无线电能发射电路，所述副边电路包括与所述单管谐振逆变无线电能发射电路一一对应的多路无线电能接收电路，每一路所述单管谐振逆变无线电能发射电路包括LC谐振回路、LCC补偿网络和发射线圈，其中：所述LC谐振回路包括串联在所述直流电源两端之间的谐振电感L
a
和谐振电容C
a
，在所述谐振电容C
a
上并联有开关管Q，所述LCC补偿网络的前端连接在所述谐振电感L
a
上，所述LCC补偿网络的后端与所述发射线圈L
t
连接，每一路所述无线电能接收电路中设置有与所述发射线圈对应的接收线圈、副边补偿电容以及整流滤波电路。2.根据权利要求1所述的多线圈单管无线电能传输电路，其特征在于，所述单管谐振逆变无线电能发射电路设置有三路，对应的三个发射线圈在同一平面上呈三角分布。3.根据权利要求1或2所述的多线圈单管无线电能传输电路，其特征在于，每一路所述无线电能接收电路的输出端连接一个用电负载。4.根据权利要求1或2所述的多线圈单管无线电能传输电路，其特征在于，多路所述无线电能接收电路的输出端并联在同一个用电负载上。5.根据权利要求1或2所述的多线圈单管无线电能传输电路，其特征在于，所述开关管为SiC MOSFET管。6.根据权利要求1或2所述的多线圈单管无线电能传输电路，其特征在于，所述LCC补偿网络包括补偿电感L
f
、补偿电容C
f
和补偿电容C
t
，所述补偿电感L
f
和所述补偿电容C
f
串联在所述谐振电容C
a
的两端之间，所述补偿电容C
t
和所述发射线...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨奕，张葛，曹桂梅，谢诗云，张路，李恋，张小钦，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：