基于重构整流器的抗偏移失谐LCL-S型补偿无线电能传输系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于重构整流器的抗偏移失谐LCL

【技术实现步骤摘要】
基于重构整流器的抗偏移失谐LCL
‑
S型补偿无线电能传输系统


[0001]本技术属于无线电能传输
，具体涉及一种基于重构整流器的抗偏移失谐LCL
‑
S型补偿无线电能传输系统。

技术介绍

[0002]感应式无线电能传输技术(Inductive Power Transfer)，简称IPT技术，是一种利用松耦合变压器实现电能的无线传输。其具有灵活、安全、可靠供电的优点。目前，该技术已成功被应用于内置式电子医疗设备、便携式电子产品和电动汽车非接触供电等领域，发展潜力巨大。其中，运用无线电能传输技术对系统进行稳定功率无线充电，能避免传统接触供电系统中可能存在的火花、漏电等安全隐患。
[0003]现有无线电能传输系统的主要构成及工作过程为：直流电源经过高频逆变将直流电变为高频交流电，高频交流电注入发射线圈，使其产生高频交变磁场，接收线圈通过交变磁场产生感应电压，最后再通过高频整流滤波电路向负载提供电能。
[0004]对于IPT系统，发射线圈和接收线圈的相对位置是任意的，耦合变化可能会导致传输功率和系统效率降低。因此，需要IPT系统在耦合机构出现大范围偏移导致耦合系数骤变时，该系统仍然能够保持稳定的输出功率以及良好的工作效率。
[0005]为了解决该问题，通常有以下几种方法：一、闭环控制方法，常见的IPT控制策略主要为在系统发射端或接收端级联DC
‑
DC变换器、逆变器移相控制等。但控制系统对接收端反馈信号的检测精度及实时性都有较高要求，且调节范围受到脉冲宽度限制。二、混合拓扑设计方法，通过组合两种输出特性相反的电路拓扑，进而维持输出功率的稳定，但该方法对线圈结构、解耦条件和耦合机构成本都提出了新要求，耦合机构需在严格的约束条件下进行设计，且只能承受一至两个方向的大偏移。三、失谐补偿网络参数设计方法，通过设计耦合系数不敏感(Coupling Insensitive，CI)拓扑，在系统互感发生大变化时引入适当的无功功率，实现输出的稳定。
[0006]上述的方法均只考虑了在偏移情况下系统的稳定输出，而未涉及效率的优化，因此，本技术提出一种基于重构整流器的强抗偏移失谐LCL
‑
S型补偿无线电能传输系统。在耦合大范围波动时，通过整流器半桥模式与全桥模式之间的切换，系统仍以较高的效率进行功率的稳定输出。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于：
[0008]为解决耦合系数大范围变化，导致系统难以在较高的效率下保持稳定的输出功率的问题，提供一种基于重构整流器的抗偏移失谐LCL
‑
S型补偿无线电能传输系统。
[0009]本技术采用的技术方案如下：
[0010]基于重构整流器的抗偏移失谐LCL
‑
S型补偿无线电能传输系统，其特征在于，包括
原边能量发射模块和副边能量拾取模块；
[0011]所述原边能量发射模块用于将直流电源输出能量发射给副边能量拾取模块，原边能量发射模块依次连接直流电源(E)、高频逆变器(H)、初级补偿电感(L
f
)、初级补偿电容(C
f
)和发射线圈(L
P
)；初级补偿电感(L
f
)、初级补偿电容(C
f
)和发射线圈(L
P
)组成原边交流回路，原边交流回路与高频逆变器(H)输出端连接构成失谐回路；
[0012]所述副边能量拾取模块用于接收原边能量发射模块发射出的能量并输出给电阻负载(R)，副边能量拾取模块包括接收线圈(L
S
)、次级补偿电容(C
S
)、整流滤波电路(D)、开关管(Q)、开关控制器(K1)和电阻负载(R)；次级补偿电容(C
S
)和接收线圈(L
S
)组成副边交流回路，副边交流回路与整流滤波电路(D)输入端连接构成谐振回路。
[0013]进一步地，所述高频逆变器(H)的输入端连接直流电源(E)，高频逆变器(H)输出端一桥臂连接初级补偿电感(L
f
)的一端，所述初级补偿电感(L
f
)的另一端以及高频逆变器输出端的另一桥臂再并联初级补偿电容(C
f
)，所述初级补偿电容(C
f
)的两端并联发射线圈(L
P
)。
[0014]进一步地，所述接收线圈(L
S
)一端连接次级补偿电容(C
S
)的一端，所述次级补偿电容(C
S
)的另一端连接整流滤波电路(D)中整流器一桥臂中点，整流器另一桥臂中点连接所述接收线圈(L
S
)的另一端，所述整流滤波电路(D)的输出端连接电阻负载(R)；整流滤波电路(D)的整流器上由二极管D1、D2、D3和开关管(Q)组成，所述开关管(Q)的控制端与开关控制器(K1)连接。
[0015]进一步地，所述的次级补偿电容(C
S
)的电容值的计算方法如下：
[0016][0017]所述的初级补偿电容(C
f
)的电容值由式(2)确定：
[0018][0019]所述的电阻负载(R)的阻值由式(3)确定：
[0020][0021]所述的直流电源(E)的电压值由式(4)确定：
[0022][0023]其中ω为系统工作角频率，分别为初级补偿电感(L
f
)、发射线圈(L
P
)和接收线圈(L
S
)的电感值，k
max
为设置的最大耦合系数，P
omax
为设置的最大传输功率；
[0024]所述的最小耦合系数k
min
由式(5)确定：
[0025][0026]所述的模态切换耦合系数点k
cross
由式(6)确定：
[0027][0028]所述的最小传输功率P
omin
由式(7)确定：
[0029][0030]所述的功率波动范围F
TP
由式(8)确定：
[0031][0032]进一步地，该系统控制方法如下：
[0033]当系统开始工作至[k
cross
，k
max
]这一耦合范围内时，开关管(Q)保持断开状态，此时整流器处于全桥状态；当系统耦合机构发生大范围偏移时，使致耦合系数降至模态切换耦合系数点k
cross
，开关控制器(K1)控制开关管(Q)闭合，此时整流器处于半桥状态，工作耦合范围变为[k
min
，k
cross
]；整流器用于通过开关管切换工作状态更改等效交流负载值。
[0034]综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：
[0035]1.本技术提出的一种基于重构整流器的强抗偏移LCL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于重构整流器的抗偏移失谐LCL
‑
S型补偿无线电能传输系统，其特征在于，包括原边能量发射模块和副边能量拾取模块；所述原边能量发射模块用于将直流电源输出能量发射给副边能量拾取模块，原边能量发射模块依次连接直流电源(E)、高频逆变器(H)、初级补偿电感(L
f
)、初级补偿电容(C
f
)和发射线圈(L
P
)；初级补偿电感(L
f
)、初级补偿电容(C
f
)和发射线圈(L
P
)组成原边交流回路，原边交流回路与高频逆变器(H)输出端连接构成失谐回路；所述副边能量拾取模块用于接收原边能量发射模块发射出的能量并输出给电阻负载(R)，副边能量拾取模块包括接收线圈(L
S
)、次级补偿电容(C
S
)、整流滤波电路(D)、开关管(Q)、开关控制器(K1)和电阻负载(R)；次级补偿电容(C
S
)和接收线圈(L
S
)组成副边交流回路，副边交流回路与整流滤波电路(D)输入端连接构成谐振回路。2.根据权利要求1所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦瑞坤，何双江，陈阳，杨斌，何正友，
申请(专利权)人：西南交通大学深圳研究院，
类型：新型
国别省市：