【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线供电领域，特别是一种抗偏移能力强的无线充电系统及其恒压恒流切换方法。
技术介绍
1、无线电能传输wpt技术因其高可靠性、高安全性、便捷和灵活的特性，可以进行具有广泛应用前景的非接触充电。wpt技术中的能量传输需要利用电磁耦合或者电场耦合，其突出特点就是不再需要金属导线来连接电源与待充电对象，具有灵活方便、电气隔离、环境适应能力强等突出的优点。根据传输介质进行分类，可分为磁耦合、电场耦合、微波传能、激光传能等方式。经过大量的理论研究和技术实践，如今，该技术已成功应用在电动汽车、电子产品、家用电器、生物医学、矿井及水下等领域。
2、在无线电能传输系统中，由于原副边实现电气隔离，难免会使耦合机构产生偏移，从而导致系统传输功率不足、效率较低甚至充电失败等，阻碍无线充电技术的发展。
3、针对耦合机构偏移后，引起系统输出不稳以及充电效率低的问题，现有技术中都是从耦合机构、谐振拓扑以及控制策略几个方面展开研究，虽然能够实现一定的抗偏移，但是会增加系统成本，控制难度且磁场均匀性差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是提供一种抗偏移能力强的无线充电系统及其恒压恒流切换方法。用于解决现有技术中抗偏移无线充电系统的磁场均匀性差缺控制难度大的问题。
2、一种抗偏移能力强的无线充电系统，包括原边谐振电路和副边谐振电路，所述原边谐振电路和副边谐振电路均为clc谐振网络，所述原边谐振电路的输出端与原边发射线圈连接，所述副边谐振电路的输入端与副边接收线圈连
3、所述副边谐振电路包括补偿电感lf2、补偿电容cs1、补偿电容cs2和补偿电容cf2，所述补偿电容cs1与补偿电容cs2并联后的输入端与副边接收线圈的一端连接，所述补偿电容cs1与补偿电容cs2并联后的输出端与补偿电感lf1的一端连接后与补偿电容cf2的输入端连接，所述补偿电感lf1的另一端与副边接收线圈的另一端连接后作为所述副边谐振电路的一个输出端，所述补偿电容cs1的输出端作为所述副边谐振电路的另一个输出端；
4、所述副边谐振电路还包括两个可控开关s1和s2，所述可控开关s1和s2所分别用于控制所述补偿电容cs2和补偿电感lf2的通断，所述补偿电容cs2和补偿电感lf2的通断用于无线充电系统恒压恒流的切换控制。
5、作为优选，所述原边发射线圈和副边接收线圈均为圆台状的线圈薄片，且所述副边接收线圈的底端半径、上端半径和高度尺寸分别小于所述发射线圈的底端半径、上端半径和高度。
6、作为优选，所述原边发射线圈和副边接收线圈均设置有圆台形的支撑壳体，所述原边发射线圈和副边接收线圈在支撑壳体上绕制而成。
7、作为优选，所述原边谐振电路包括补偿电感lf1、补偿电容cp和补偿电容cf1，所述补偿电容cf1的输出端与补偿电感lf1的一端连接后与补偿电容cp的输入端连接，所述补偿电容cp的输出端以及补偿电感lf1的另一端分别与原边发射线圈的两个输入端连接；
8、所述补偿电容cf1的输入端和补偿电感lf1与原边发射线圈连接的一端分别作为所述原边谐振电路的输入端。
9、作为优选，所述无线充电系统还包括逆变电路和全桥整流滤波电路；
10、所述逆变电路的输入端与外部直流电源udc连接，所述逆变电路的输出端与所述原边谐振电路的输入端连接，所述全桥整流滤波电路的输入端与所述副边谐振电路的输出端连接，所述全桥整流滤波电路的输出端与负载组件连通。
11、一种抗偏移能力强的无线充电系统的恒压恒流切换方法，用于对上述抗偏移能力强的无线充电系统进行恒压恒流切换，具体步骤如下：
12、s1：分别构建可控开关s1闭合且可控开关s2断开和可控开关s1断开且可控开关s2闭合时，全桥整流滤波电路的输入和输出电压模型；
13、s2：构建系统工作在谐振状态时的约束条件，并根据步骤s1中构建的模型分别计算当可控开关s1闭合且可控开关s2断开时系统的输出电流，以及当可控开关s1断开且可控开关s2闭合时系统的输出电压；
14、s3：根据步骤s2中计算的两种状态的输出电流和输出电压构建无线充电系统恒压恒流的切换方法。
15、作为优选，步骤s1中构建可控开关s1闭合且可控开关s2断开时全桥整流滤波电路的输入和输出电压模型的具体方法为：
16、当可控开关s1闭合且可控开关s2断开时，利用基尔霍夫电压定律，根据全桥整流滤波电路的输入和输出电压之间的关系，忽略线圈的寄生阻力，可以推导出以下方程：
17、
18、其中：
19、
20、式中，为原边谐振电路的输入电压，j为虚数单位，ω为系统运行的角频率，为原边谐振电路补偿电感lf1上的电流有效值，为原边发射线圈的电流有效值，为副边接收线圈的电流有效值，副边谐振电路补偿电感lf2上的电流有效值，il为全桥整流滤波电路的输出，req为系统全桥整流滤波电路的等效输入阻抗，rl为负载组件的阻抗，lf1为补偿电感lf1的电感值，cf1为补偿电容cf1的电容值，lp为原边发射线圈的电感值，cp为补偿电容cp的电容值，ls为副边接收线圈的电感值，cs1为补偿电容cs1的电容值，m为原边发射线圈lp与副边接收线圈之间的互感值，llf2为补偿电感lf2的电感值，cf2为补偿电容cf2的电容值。
21、作为优选，步骤s1中构建可控开关s1断开且可控开关s2闭合时全桥整流滤波电路的输入和输出电压模型的具体方法为：
22、当可控开关s1断开且可控开关s2闭合时，利用基尔霍夫电压定律，根据全桥整流滤波电路的输入和输出电压之间的关系，忽略线圈的寄生阻力，可以推导出以下方程：
23、
24、其中：
25、
26、式中，cs为cs1、cs2和cf2的串联或并联组合。
27、作为优选，步骤s2中的具体步骤为：
28、s2.1：构建系统工作在谐振状态时的约束条件：
29、
30、s2.2：根据当可控开关s1闭合且可控开关s2断开时构建的全桥整流滤波电路的输入和输出电压关系方程，计算系统的输出电流：
31、
32、式中，udc为系统的直流输入电压；
33、s2.3：根据当可控开关s1断开且可控开关s2闭合时构建的全桥整流滤波电路的输入和输出电压关系方程，计算系统的输出电压：
34、
35、式中，ul为系统全桥整流滤波电路的输出电流。
36、作为优选，步骤s3中构建的无线充电系统恒压恒流的切换方法具体为：
37、根据步骤s2.2中计算的系统输出电流构建系统恒流输出的条件为：可控开关s1闭合且可控开关s2断开，系统输出电流与负载解耦；
38、根据步骤s2.3中计算的系统输出电压构建系统恒压输出的条件为：可控开关s1断开且可控开关s2闭合，系统输出电压与负载解耦；
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1.一种抗偏移能力强的无线充电系统，包括原边谐振电路和副边谐振电路，其特征在于，所述原边谐振电路和副边谐振电路均为CLC谐振网络，所述原边谐振电路的输出端与原边发射线圈连接，所述副边谐振电路的输入端与副边接收线圈连接；
2.如权利要求1所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统，其特征在于，所述原边发射线圈和副边接收线圈均为圆台状的线圈薄片，且所述副边接收线圈的底端半径、上端半径和高度尺寸分别小于所述发射线圈的底端半径、上端半径和高度。
3.如权利要求1所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统，其特征在于，所述原边发射线圈和副边接收线圈均设置有圆台形的支撑壳体，所述原边发射线圈和副边接收线圈在支撑壳体上绕制而成。
4.如权利要求1所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统，其特征在于，所述原边谐振电路包括补偿电感Lf1、补偿电容Cp和补偿电容Cf1，所述补偿电容Cf1的输出端与补偿电感Lf1的一端连接后与补偿电容Cp的输入端连接，所述补偿电容Cp的输出端以及补偿电感Lf1的另一端分别与原边发射线圈的两个输入端连接；
5.如权利要求1所述的一种抗偏移
6.一种抗偏移能力强的无线充电系统的恒压恒流切换方法，其特征在于，用于对权利要求1-5任一项所述抗偏移能力强的无线充电系统进行恒压恒流切换，具体步骤如下：
7.如权利要求6中所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统的恒压恒流切换方法，其特征在于，步骤S1中构建可控开关S1闭合且可控开关S2断开时全桥整流滤波电路的输入和输出电压模型的具体方法为：
8.如权利要求7中所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统的恒压恒流切换方法，其特征在于，步骤S1中构建可控开关S1断开且可控开关S2闭合时全桥整流滤波电路的输入和输出电压模型的具体方法为：
9.如权利要求8中所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统的恒压恒流切换方法，其特征在于，步骤S2中的具体步骤为：
10.如权利要求9中所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统的恒压恒流切换方法，其特征在于，步骤S3中构建的无线充电系统恒压恒流的切换方法具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种抗偏移能力强的无线充电系统，包括原边谐振电路和副边谐振电路，其特征在于，所述原边谐振电路和副边谐振电路均为clc谐振网络，所述原边谐振电路的输出端与原边发射线圈连接，所述副边谐振电路的输入端与副边接收线圈连接；
2.如权利要求1所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统，其特征在于，所述原边发射线圈和副边接收线圈均为圆台状的线圈薄片，且所述副边接收线圈的底端半径、上端半径和高度尺寸分别小于所述发射线圈的底端半径、上端半径和高度。
3.如权利要求1所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统，其特征在于，所述原边发射线圈和副边接收线圈均设置有圆台形的支撑壳体，所述原边发射线圈和副边接收线圈在支撑壳体上绕制而成。
4.如权利要求1所述的一种抗偏移能力强的无线充电系统，其特征在于，所述原边谐振电路包括补偿电感lf1、补偿电容cp和补偿电容cf1，所述补偿电容cf1的输出端与补偿电感lf1的一端连接后与补偿电容cp的输入端连接，所述补偿电容cp的输出端以及补偿电感lf1的另一端分别与原边发射线圈的两个输入端连接；
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷，杨欣，任江洪，胡宏晟，王斌，李小飞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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