一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统及其参数设计方法技术方案

本发明专利技术提出了一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统及其参数设计方法，包括直流电压源U

【技术实现步骤摘要】
一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统及其参数设计方法


[0001]本专利技术涉及无线充电
，具体地，涉及一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统及其参数设计方法。

技术介绍

[0002]目前大多数用电设备均采用锂电池或铅蓄电池供电，这类负载充电需采用先恒流再恒压的充电模式，且充电电压或电流不能随负载的变化有较大的波动。目前无线电能传输系统实现恒流/恒压输出的方法共有三种。
[0003]方法一：通过调节系统工作频率的方法实现恒流/恒压输出。现有通过改变无线充电系统工作频率的方式只能在固定耦合系数情况下实现恒流/恒压输出且满足零相角，当耦合系数变化时，系统只具有恒流输出特性或只具有恒压输出特性，甚至部分系统既不具有恒流输出特性又不具有恒压输出特性，在实际应用中存在一定困难。
[0004]方式二：通过开关切换拓扑结构的方式实现恒流/恒压输出。通过开关切换拓扑结构的方式增加了系统复杂度，开关的引入会带来一定损耗，不利于系统效率的提升，并且在大功率无线供电系统中，损耗会给器件带来较大的温升，引入器件散热问题。
[0005]方法三：通过外加控制电路的方法实现恒流/恒压输出。控制电路的引入同样会增加系统的复杂度，带来一定损耗，在大功率应用中也会使器件温升过高。除此之外，方法三对控制电路的要求更高，对于同一个拓扑结构，当激励频率不变时，无线供电系统自身只具有恒流或恒压输出特性，只在一种输出状态下具有零相角，当系统需要工作在恒流和恒压输出状态时，其中一种输出模式完全靠控制电路实现，当耦合系数或负载变化范围较大时，则需控制电路的可调节范围更宽，甚至会出现超出控制电路可调节范围的情况。
[0006]因此迫切需要一种适用于零相角恒流/恒压无线充电负载的拓扑结构及参数设计方法，使系统在变耦合系数的情况下，仅通过两个固定频率切换实现恒流/恒压两种工作模式转换，且两种工作模式均满足零相角。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决无线电能传输系统中锂电池、铅蓄电池等负载需要恒流/恒压两个充电过程切换的问题，提出了一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统及其参数设计方法；实现在变耦合系数情况下，仅通过两个固定工作频率切换实现恒流/恒压工作模式转换，且两种工作模式均满足零相角。
[0008]本专利技术是通过以下方案实现的：
[0009]一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统的原边电路：
[0010]所述原边电路包括直流电源U
in
、逆变单元、原边补偿网络和发射线圈L
p2
；
[0011]所述原边补偿网络包括原边补偿电感L
p0
和L
p1
、原边补偿电容C
p0
、C
p11
、C
p12
和C
p2
；
[0012]所述直流电源U
in
连接逆变单元，所述逆变单元连接原边补偿网络，所述原边补偿
网络连接发射线圈L
p2
。
[0013]进一步地，
[0014]所述逆变单元包括四个开关管Q1、Q2、Q3和Q4；
[0015]所述直流电压源U
in
的正极分别与开关管Q1和Q2的一端相连接；
[0016]开关管Q1的另一端分别与开关管Q3的一端、原边补偿电容C
p11
的一端、原边补偿电容C
p12
的一端以及原边发射线圈L
p2
的一端相连接；
[0017]开关管Q2的另一端与开关管Q4的一端以及原边补偿电感L
p1
的一端相连接；
[0018]直流电压源U
in
的负极分别与开关管Q3和Q4的另一端相连接；
[0019]所述原边补偿电感L
p1
的另一端分别与原边补偿电容C
p11
的另一端、原边补偿电感L
p0
的一端相连接；
[0020]所述原边补偿电感L
p0
的另一端与原边补偿电容C
p0
的一端相连接；
[0021]原边补偿电容C
p0
的另一端分别与原边补偿电容C
p12
的另一端以及原边补偿电容C
p2
的一端相连接；
[0022]原边补偿电容C
p2
的另一端与原边发射线圈L
p2
的另一端相连接。
[0023]一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统：
[0024]所述无线充电系统包括原边电路和副边电路，
[0025]所述原边电路为上文所述的原边电路；
[0026]所述副边电路包括接收线圈L
s
、副边补偿网络、整流单元和负载电阻R；
[0027]所述副边补偿网络包括副边补偿电感L
s0
、副边补偿电容C
s
和C
s0
；
[0028]所述发射线圈L
p2
与接收线圈L
s1
互感，所述发射线圈L
p2
连接副边补偿网络，所述副边补偿网络连接整流单元，所述整流单元连接负载电阻R。
[0029]进一步地，
[0030]所述整流单元包括四个二极管D1、D2、D3、D4以及电容C0；
[0031]所述负载电阻R的一端分别与电容C0的一端、二极管D1的负极以及二极管D2的负极相连接；
[0032]二极管D1的正极分别与二极管D3的负极、副边补偿电容C
s0
的一端以及副边补偿电感L
s0
的一端相连接；
[0033]所述负载电阻R的另一端分别与电容C0的另一端、二极管D3的正极以及二极管D4的正极相连接；
[0034]所述二极管D2的正极分别与二极管D4的负极以及接收线圈L
s1
的一端相连接；
[0035]所述接收线圈L
s1
的另一端与副边补偿电容C
s
的一端相连接；
[0036]副边补偿电容C
s
的另一端分别与副边补偿电容C
s0
的另一端以及副边补偿电感L
s0
的另一端相连接。
[0037]一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统的参数设计方法：
[0038]所述参数设计方法具体包括以下步骤：
[0039]步骤1：构造变耦合系数情况下，同时具有恒流/恒压输出特性的拓扑结构；
[0040]步骤2：当拓扑结构具有恒流输出特性时，发射线圈L
p2
、原边补偿电感L
p1
、原边补偿电容C
p11
、C
p12
和C
p2
、副边接收线圈L
s
、副边补偿电感L
s0
、副边补偿电容C
s<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统的原边电路，其特征在于：所述原边电路包括直流电源U
in
、逆变单元、原边补偿网络和发射线圈L
p2
；所述原边补偿网络包括原边补偿电感L
p0
和L
p1
、原边补偿电容C
p0
、C
p11
、C
p12
和C
p2
；所述直流电源U
in
连接逆变单元，所述逆变单元连接原边补偿网络，所述原边补偿网络连接发射线圈L
p2
。2.根据权利要求1所述原边电路，其特征在于：所述逆变单元包括四个开关管Q1、Q2、Q3和Q4；所述直流电压源U
in
的正极分别与开关管Q1和Q2的一端相连接；开关管Q1的另一端分别与开关管Q3的一端、原边补偿电容C
p11
的一端、原边补偿电容C
p12
的一端以及原边发射线圈L
p2
的一端相连接；开关管Q2的另一端与开关管Q4的一端以及原边补偿电感L
p1
的一端相连接；直流电压源U
in
的负极分别与开关管Q3和Q4的另一端相连接；所述原边补偿电感L
p1
的另一端分别与原边补偿电容C
p11
的另一端、原边补偿电感L
p0
的一端相连接；所述原边补偿电感L
p0
的另一端与原边补偿电容C
p0
的一端相连接；原边补偿电容C
p0
的另一端分别与原边补偿电容C
p12
的另一端以及原边补偿电容C
p2
的一端相连接；原边补偿电容C
p2
的另一端与原边发射线圈L
p2
的另一端相连接。3.一种适用于零相角恒流恒压的无线充电系统，其特征在于：所述无线充电系统包括原边电路和副边电路，所述原边电路为如权利要求1或2中所述的原边电路；所述副边电路包括接收线圈L
s
、副边补偿网络、整流单元和负载电阻R；所述副边补偿网络包括副边补偿电感L
s0
、副边补偿电容C
s
和C
s0
；所述发射线圈L
p2
与接收线圈L
s1
互感，所述发射线圈L
p2
连接副边补偿网络，所述副边补偿网络连接整流单元，所述整流单元连接负载电阻R。4.根据权利要求3所述的无线充电系统，其特征在于：所述整流单元包括四个二极管D1、D2、D3、D4以及电容C0；所述负载电阻R的一端分别与电容C0的一端、二极管D1的负极以及二极管D2的负极相连接；二极管D1的正极分别与二极管D3的负极、副边补偿电容C
s0
的一端以及副边补偿电感L

【专利技术属性】
技术研发人员：魏国，张一鸣，别致，冯静，朱春波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：