【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线电能传输，具体涉及一种高抗偏移电场式无线电能传输系统及参数设计方法。
技术介绍
1、电容式无线电能传输技术(capacitive powertransfer，cpt)是实现无线供电的主要技术之一，与有线电能传输技术相比具有外观整洁、使用方便、无插拔损坏等优点，与感应式无线电能传输技术(inductive power transfer，ipt)相比具有廉价、重量轻、无涡流损耗等优点。然而现有的cpt电路的补偿网络存在结构复杂、功能单一、以及因极板偏移导致电能传输效率下降等问题，也就无法满足负载实际供电需求。如何采用简单的方式使得耦合器极板偏移时仍能保持较高的传输效率，提升cpt供电系统的鲁棒性以及安全性，进而满足负载实际供电需求是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高抗偏移电场式无线电能传输系统及参数设计方法，解决了现有技术中的问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种高抗偏移电场式无线电能传输系统，包括依次连接的直流电源、高频逆变电路、初级侧lclc补偿电路、耦合器、次级侧l补偿电路、整流电路以及负载；耦合器包括初级侧极板p1、p2和次级侧极板p3、p4，初级侧极板p1和p2层叠放置，次级侧极板p3和p4层叠放置，极板p1、p2、p3、p4之间存在交叉耦合；
4、初级侧lclc补偿电路包括：初级侧第一补偿电感lx、初级侧第一补偿电容cx、初级侧第二补偿电感
5、次级侧l补偿电路包括次级侧补偿电感l2并与耦合器的次级侧串联。
6、进一步地，所述高频逆变电路采用全桥逆变拓扑结构，包括功率管q1-q4，功率管q1和功率管q3组成高频逆变电路的一个桥臂，功率管q2和功率管q4组成高频全桥逆变电路的另一个桥臂；功率管q1、功率管q3的连接点为桥臂中点a，功率管q2、功率管q4的连接点为桥臂中点b；lx的两端分别与桥臂中点a和cx的一极连接，ly的另一级与耦合器初级侧极板p1的一端连接，耦合器初级侧极板p2与桥臂中点b连接。
7、进一步地，所述整流电路采用全桥整流拓扑结构，包括二极管d1-d4；二极管d1和二极管d3组成整流电路的一个桥臂，二极管d2和二极管d4组成另一桥臂；次级侧第一补偿电感l2的一端与耦合器次级侧极板p3连接，另一端与整流电路的一个桥臂中点连接，耦合器次级侧极板p4与整流电路的另一个桥臂中点连接。
8、上述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计方法，包括以下步骤：
9、s1，设计直流电源输出侧向高频逆变电路输入侧提供的直流电压值udc、高频逆变电路工作角频率为ω、整流电路输出侧向负载输入侧提供的直流恒定电流值io，以及负载的等效电阻re；
10、s2，设计耦合器极板未发生偏移时，耦合器等效互容值cm、初级侧等效自容值cp和次级侧等效自容值cs；
11、s3，设计耦合极板发生偏移时，耦合器等效互容值cm1、初级侧等效自容值cp1和次级侧等效自容值cs1；
12、s4，基于udc、io、cm、cp、cs和ω的值，设计补偿参数lx、ly、cx、cex和l2的值。
13、进一步地，当耦合器极板未发生偏移时，cm、cp、cs与cex可等效为电容ca，cb与cc：
14、
15、当耦合器极板发生偏移时，cm1、cp1、cs1与cex可等效为电容ca1，cb1与cc1，六类电容关系遵守下式：
16、
17、进一步地，所述高频逆变电路采用全桥逆变拓扑结构，直流电压udc及全桥逆变电路可等效为交流电压源uin，所述交流电压源uin与电感lx、电容cx可进一步等效为交流电源uin1与电感l11：
18、
19、
20、进一步地，所述整流电路采用全桥整流拓扑结构，所述整流电路与负载rl可等效为电阻re：
21、
22、进一步地，电感lx、ly与l2满足：
23、
24、所述耦合器极片未发生偏移，输出电流io：
25、
26、所述耦合器极片发生偏移，输出电流io1：
27、
28、
29、式中，j为复数虚部的符号；
30、所述耦合器未发生偏移，输入阻抗zin：
31、
32、式中，irlc为未添加lx、cx时的输出电流，满足：
33、irlc＝-jωcbuin
34、并根据输入阻抗zin调节输入阻抗角以实现软开关。
35、进一步地，iomis/io＝1。
36、一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计装置，上述无线电能传输系统的参数，包括：
37、第一设计模块：设计直流电源输出侧向高频逆变电路输入侧提供的直流电压值udc、高频逆变电路工作角频率为ω、整流电路输出侧向负载输入侧提供的直流恒定电流值io，以及负载的等效电阻re；
38、第二设计模块：设计耦合器极板未发生偏移时，耦合器等效互容值cm、初级侧等效自容值cp和次级侧等效自容值cs；
39、第三设计模块：设计耦合极板发生偏移时，耦合器等效互容值cm1、初级侧等效自容值cp1和次级侧等效自容值cs1；
40、以及，第四设计模块：基于udc、io、cm、cp、cs和ω的值，设计补偿参数lx、ly、cx、cex和l2的值。
41、本专利技术的有益效果：
42、1、在本专利技术中，通过设计lclc-l补偿网络参数，来实现耦合器极板偏移时仍能保持较高的传输效率；
43、2、在本专利技术中，通过设计输入阻抗zin为微感性，来实现输入近似零无功和实现软开关。
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1.一种高抗偏移电场式无线电能传输系统，其特征在于，包括依次连接的直流电源、高频逆变电路、初级侧LCLC补偿电路、耦合器、次级侧L补偿电路、整流电路以及负载；耦合器包括初级侧极板P1、P2和次级侧极板P3、P4，初级侧极板P1和P2层叠放置，次级侧极板P3和P4层叠放置，极板P1、P2、P3、P4之间存在交叉耦合；
2.根据权利要求1所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统，其特征在于，所述高频逆变电路采用全桥逆变拓扑结构，包括功率管Q1-Q4，功率管Q1和功率管Q3组成高频逆变电路的一个桥臂，功率管Q2和功率管Q4组成高频全桥逆变电路的另一个桥臂；功率管Q1、功率管Q3的连接点为桥臂中点A，功率管Q2、功率管Q4的连接点为桥臂中点B；Lx的两端分别与桥臂中点A和Cx的一极连接，Ly的另一级与耦合器初级侧极板P1的一端连接，耦合器初级侧极板P2与桥臂中点B连接。
3.根据权利要求1所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统，其特征在于，所述整流电路采用全桥整流拓扑结构，包括二极管D1-D4；二极管D1和二极管D3组成整流电路的一个桥臂，二极管D2和二极管D4
4.权利要求1-3任一项所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计方法，其特征在于，当耦合器极板未发生偏移时，CM、CP、CS与Cex可等效为电容CA，CB与CC：
6.根据权利要求5所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计方法，其特征在于，所述高频逆变电路采用全桥逆变拓扑结构，直流电压UDC及全桥逆变电路可等效为交流电压源Uin，所述交流电压源Uin与电感Lx、电容Cx可进一步等效为交流电源Uin1与电感L11：
7.根据权利要求6所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计方法，其特征在于，所述整流电路采用全桥整流拓扑结构，所述整流电路与负载RL可等效为电阻RE：
8.根据权利要求7所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计方法，其特征在于，电感Lx、Ly与L2满足：
9.根据权利要求8所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计方法，其特征在于，Iomis/Io＝1。
10.一种高抗偏移电场式无线电能传输系统的参数设计装置，用于设计权利要求1-4任一项所述的无线电能传输系统的参数，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高抗偏移电场式无线电能传输系统，其特征在于，包括依次连接的直流电源、高频逆变电路、初级侧lclc补偿电路、耦合器、次级侧l补偿电路、整流电路以及负载；耦合器包括初级侧极板p1、p2和次级侧极板p3、p4，初级侧极板p1和p2层叠放置，次级侧极板p3和p4层叠放置，极板p1、p2、p3、p4之间存在交叉耦合；
2.根据权利要求1所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统，其特征在于，所述高频逆变电路采用全桥逆变拓扑结构，包括功率管q1-q4，功率管q1和功率管q3组成高频逆变电路的一个桥臂，功率管q2和功率管q4组成高频全桥逆变电路的另一个桥臂；功率管q1、功率管q3的连接点为桥臂中点a，功率管q2、功率管q4的连接点为桥臂中点b；lx的两端分别与桥臂中点a和cx的一极连接，ly的另一级与耦合器初级侧极板p1的一端连接，耦合器初级侧极板p2与桥臂中点b连接。
3.根据权利要求1所述的一种高抗偏移电场式无线电能传输系统，其特征在于，所述整流电路采用全桥整流拓扑结构，包括二极管d1-d4；二极管d1和二极管d3组成整流电路的一个桥臂，二极管d2和二极管d4组成另一桥臂；次级侧第一补偿电感l2的一端与耦合器次级侧极板p3连接，另一端与整流电路的一个桥臂中点连接，耦合器次级侧极板p4与整流电路的另一个桥臂中点连...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴新懿，连静，张雪强，仲轶辰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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