一种针对无人机充电的新型LCC-S补偿的无线充电系统技术方案

技术编号：40023310 阅读：7 留言：0更新日期：2024-01-16 17:06

本发明专利技术公开了一种针对无人机充电的新型LCC‑S补偿的无线充电系统。该系统符合无人机中机载电池先恒流后恒压的充电特性，其结构为由两个二极管D<subgt;1</subgt;和D<subgt;2</subgt;构成的钳位电路和特殊的LCC‑S补偿无线充电系统的组合。在钳位电路的辅助下，系统可自动完成恒流模式到恒压模式的切换。在充电初期，钳位电路中的两个二极管D<subgt;1</subgt;和D<subgt;2</subgt;均处于反向偏置状态，L<subgt;R</subgt;所在支路被断路，系统以SS结构进行恒流输出；随着充电的进行，当钳位电路中的两个二极管D<subgt;1</subgt;和D<subgt;2</subgt;均承受正向电压而导通时，系统以特殊的LCC‑S结构进行恒压输出。该系统结构简单，无需通信辅助电路、荷电状态检测电路和开路保护电路，且系统以定频工作，避免了频率分叉现象造成系统稳定性低的问题。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种针对无人机充电的新型lcc-s补偿的无线充电系统，该系统能够自动完成恒流充电模式到恒压充电模式的切换，属于无线充电。

技术介绍

1、无人机在各种领域中的应用越来越广泛，包括民用、军事、科学研究和商业等。但是，无人机的飞行时常通常受电池容量的限制，这就限制了它们在执行任务时持续飞行的时间。为了延长无人机的飞行时间，无人机无线充电技术逐渐开始被人们关注。无人机无线充电技术是一种新发展的领域，它允许无人机在执行任务时无需降落或连接电缆来完成能量的传输进而达到充电的目的。无人机无线充电技术通常以电磁感应原理或射频能量传输原理为依据，通过地面或航母等充电设备，将电能以无线方式传输到飞行中的无人机。无人机的无线充电设备的接收装置(通常安装在无人机上)将接收到的电能转化为电力为电机供电。目前，无线充电技术应用于无人机领域仍面临充电效率、传输距离等挑战。科研人员正在不断努力克服这些挑战进而推动该技术的进一步发展。

2、综上来说，无人机无线充电技术是一项具有潜力的技术，有助于改变无人机应用的方式并且实现更长的飞行时间和更高的效率。

3、无人机无线充电系统通常采用先恒流后恒压的充电方法来满足无人机中机载电池的充电特性。在充电的初期，系统进行恒流输出为机载电池负载充电；随着机载电池负载等效电阻的逐渐上升，电池充电电压逐渐上升，当电池充电电压达到预设值后，系统转为恒压模式进行恒压充电。在恒压模式下，电池充电电流逐渐减小，当其接近零时，充电结束。为使系统实现稳定的恒流和恒压输出，目前无人机机载电池无线充电系统主要采用以下方法：

4、移相控制：这种方法在负载变化较大时不易实现零电压开关，因此，逆变器损耗较大。

5、变频控制：这种方式难以避免频率分叉现象。同时，零相角运行难以实现，因此，系统可能会面临稳定性低以及无功环流为系统带来损耗等问题。

6、dc-dc变换器控制：这种方法需要额外的硬件电路。因此，系统的成本和复杂性较高。

7、双频切换方法：这种方法使得补偿元件的参数难以设计，而且难以将恒流频率和恒压频率都限制在标准规定的频率范围内。

8、拓扑切换方法：这种方法需引入额外的补偿元件、额外的交流开关以及驱动电路。因此，系统结构更加复杂，同时也增加了系统的成本、重量和体积。

9、相比于上述方法，该专利技术结构简单，无需通信辅助电路、荷电状态检测电路和开路保护电路，且系统定频工作避免了频率分叉现象导致系统稳定性低的问题，克服了系统控制复杂、体积笨重、参数难以调控等上述三种方法所存在的缺点。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种针对无人机充电的新型lcc-s补偿的无线充电系统，该系统特殊的原边lcc补偿网络使得其在没有配备荷电状态检测和控制电路的情况下能够自动实现恒流-恒压的切换，其控制方便、结构简单、且稳定性高。此外，本专利技术也适用于中低功率等级的电池充电应用，例如：电动自行车充电等。

2、1.一种针对无人机充电的新型lcc-s补偿的无线充电系统，该系统满足了无人机机载电池先恒流充电后恒压充电的要求，其结构为由两个二极管d1和d2构成的钳位电路和特殊的lcc-s补偿无线充电系统的组合；所述系统的直流电压源e、由二极管d1和d2构成的钳位电路和由q1和q2构成的半桥逆变器依次并联；原边补偿电感lr的一端连接钳位电路的一个输出端a，原边补偿电感lr的另一端连接原边补偿电容cr和cp的公共端，原边补偿电容cr的另一端连接钳位电路和半桥逆变器的公共输出端o，原边补偿电容cp的另一端连接原边线圈lp，原边线圈lp的另一端连接半桥逆变器的另一输出端b；副边线圈ls的一端连接副边补偿电容cs的一端，副边线圈ls的另一端连接由d3和d4构成的半桥整流器的一个输入端，副边补偿电容cs另一端连接半桥整流器的另一输入端；半桥整流器与滤波电容cf并联连接构成整流滤波电路，为机载电池负载供电。

3、所述原副边补偿电容cp，cr，cs的值由式(1)确定：

4、

5、其中，ω为系统谐振角频率，cpr为原边补偿电容cp和cr的串联总电容。

6、本专利技术的有益效果：

7、1、本专利技术可先后自动实现与负载无关的恒流和恒压输出，且系统工作在固定频率下，避免了频率分叉现象带来的系统稳定性低的问题；

8、2、本专利技术由于其钳位电路的作用可以自动实现恒流到恒压模式的切换，不需要原、副边通信辅助电路、荷电状态检测电路和开路保护电路。因此，系统工作稳定、电路成本低、易于控制；

9、3、本专利技术无需复杂控制算法，在整个充电过程中一直处于零相位角状态，避免了无功损耗，效率高。

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【技术保护点】

1.一种针对无人机充电的新型LCC-S补偿的无线充电系统，该系统满足了无人机中机载电池先恒流充电后恒压充电的要求，其结构为由两个二极管D1和D2构成的钳位电路和特殊的LCC-S补偿无线充电系统的组合；所述系统的直流电压源E、由二极管D1和D2构成的钳位电路和由Q1和Q2构成的半桥逆变器依次并联；原边补偿电感LR的一端连接钳位电路的一个输出端A，原边补偿电感LR的另一端连接原边补偿电容CR和CP的公共端，原边补偿电容CR的另一端连接钳位电路和半桥逆变器的公共输出端O，原边补偿电容CP的另一端连接原边线圈LP，原边线圈LP的另一端连接半桥逆变器的另一输出端B；副边线圈LS的一端连接副边补偿电容CS的一端，副边线圈LS的另一端连接由D3和D4构成的半桥整流器的一个输入端，副边补偿电容CS另一端连接半桥整流器的另一输入端；半桥整流器与滤波电容CF并联连接构成整流滤波电路，为机载电池负载供电；

【技术特征摘要】

1.一种针对无人机充电的新型lcc-s补偿的无线充电系统，该系统满足了无人机中机载电池先恒流充电后恒压充电的要求，其结构为由两个二极管d1和d2构成的钳位电路和特殊的lcc-s补偿无线充电系统的组合；所述系统的直流电压源e、由二极管d1和d2构成的钳位电路和由q1和q2构成的半桥逆变器依次并联；原边补偿电感lr的一端连接钳位电路的一个输出端a，原边补偿电感lr的另一端连接原边补偿电容cr和cp的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，王怡霖，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：

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