[發明專利]一種原邊并串補償副邊串聯補償的非接觸諧振變換器

有效

• 申請號: 201410439133.9
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104242657B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 陳乾宏;侯佳;任小永
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種適用于非接觸電能傳輸系統的原邊并串補償副邊串聯補償的非接觸諧振變換器，屬于電能變換領域。

背景技術

非接觸電能傳輸技術利用非接觸變壓器實現能量的無線傳遞，具有使用安全方便、無機械磨損、少維護、環境適應能力強等優點，已成為業界廣泛關注的新型電能傳輸形式。非接觸變壓器是非接觸電能傳輸系統的核心元件，分離的原、副邊繞組及較大的氣隙使其漏感較大、激磁電感較小。因而非接觸變換器必須采用多元件諧振變換器，對漏感和激磁電感分別補償，來提高電壓增益和功率傳輸能力，同時減小環流損耗、提高變換效率。相應的，非接觸諧振變換器的補償方式一直以來就是非接觸電能傳輸系統研究的重點之一。為了實現系統良好的變壓器參數適應能力和高效率，相應的要求補償方式要滿足增益對負載變化和非接觸變壓器氣隙變化不敏感以及輸入阻抗接近純阻性。

目前常用的非接觸諧振變換器的補償方式為雙電容補償，包括原邊串聯/副邊串聯(簡稱串/串補償)、原邊串聯/副邊并聯(簡稱串/并補償)、原邊并聯/副邊串聯(簡稱并/串補償)以及原邊并聯/副邊并聯(簡稱并/并補償)四種補償方式。為了能夠適應負載的變化，讓諧振變換器工作在增益交點處成為眾多研究人員不約而同的選擇。而且由于實際工作中負載大多為蓄電池，為提高蓄電池的使用壽命則較好的供電方式為輸出恒流給電池充電。然而目前對于非接觸電能傳輸場合下補償方式的研究主要集中在輸出電壓恒定的研究上，如香港理工大學2009年發表的文章“人工心臟用非接觸變換器的分析設計和控制”：Chen Q.,Wong S.C.,and etc.Analysis,design,and control of a transcutaneous power regulator for artificial hearts[J].IEEE Trans on Biomedical Circuits and Systems，2009，13(1)：23-31研究了串/串補償的輸出電壓增益交點特性，使得變換器自動工作在增益交點處獲得良好的負載動態特性；又如南京航空航天大學2012年發表的“定增益自激式非接觸諧振變換器的特性和控制”：Ren X.，Chen Q.,and etc.Characterization and control of self-oscillating contactless resonant converter with fixed voltage gain[C].7th International Power Electronics and Motion Control Conference，Harbin，2012一文針對串/串以及串/并補償提出了自激控制方法，使得變換器自動工作在增益交點處以實現輸出電壓的恒定。

但目前對于非接觸電能傳輸場合下關于輸出電流恒定的補償方式的研究相對來說很少，較為系統的研究為2001年奧克蘭大學的呼愛國博士的畢業論文：Selected resonant converters for IPT power supplies一文中指出了在原邊繞組電流恒定的情況下采用副邊并聯補償可實現輸出恒流源的特性。然而該輸出恒流源特性僅能夠在變負載的情況下滿足。其輸出電流與變壓器的互感參數M直接相關，一旦變壓器原副邊相對位置發生改變，輸出電流也隨之發生改變。

如串/串、串/并補償等適合電壓源型逆變電路的補償拓撲，其開關管的電流應力較大，而且副邊有多個撿拾線圈時控制較困難。而電流源型逆變電路則因電流應力較低、控制方便已經在有軌電車、生產線自動化小車等應用場合得到了成功應用。并/串補償和并/并補償適合于電流源型逆變橋，并/串補償的電流增益交點處輸入相角均為零，利于寬負載變化范圍內實現較高的效率。但是并/串補償的輸出電流增益交點值并不固定，對變壓器氣隙變化和原副邊錯位敏感，不適合變氣隙應用場合。而并/并補償沒有電流增益交點，電流增益交點值對負載變化很敏感，不適合變負載應用場合。因此如何得到一種新型的補償方式，適用于電流源型逆變電路，滿足輸出電流對負載變化和非接觸變壓器氣隙及錯位變化均不敏感，使之能夠實現系統良好的變參數適應能力并達到較高的效率，成為了本發明設計的重點。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提供一種原邊并串補償副邊串聯補償的非接觸諧振變換器，使得非接觸電能傳輸系統的輸出電流不隨負載、非接觸變壓器參數等的變化而變化，并達到較高的效率。