[發明專利]一種無線電能傳輸系統恒壓補償網絡拓撲的確定方法

有效

• 申請號: 201610060977.1
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105529837B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 曲小慧;景妍妍;韓洪豆;黃少聰;謝智剛
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明公開了一種無線電能傳輸系統恒壓補償網絡拓撲的確定方法，適用于無線充電場合，屬于無線電能傳輸的技術領域。

背景技術

感應式無線電能傳輸(Inductive Power Transfer,IPT)技術以交變的電磁場為媒介，將能量傳輸到負載。由于無直接的電氣接觸，因而能夠避免電火花，不受環境的影響，可以在惡劣的環境下工作。目前，IPT技術在消費電子、照明、電動汽車等領域獲得到了廣泛的應用。

為高效傳遞有功能量，IPT變換器需具有以下特性：1、零無功功率，2、開關器件軟開關，3、直接輸出負載所需的電壓或電流。電路中不存在無功能量，即單位功率因數，可有效減小器件應力，減小無功環流帶來的損耗，有效提高傳輸效率和功率。軟開關技術可進一步減少開關器件的損耗，提高效率。諧振補償使得輸出電壓或電流與負載和頻率有關，定頻控制可避免輸出受頻率影響，為避免負載變化時對輸出的影響，IPT變換器的輸出應具有負載無關性。

為同時實現以上目標，在基本的四種補償拓撲結構中，經研究發現只有串串(SS)和并串(PS)結構工作在時可同時實現與負載無關的恒流輸出和單位功率因數；串并(SP)和并并(PP)工作在時可同時實現與負載無關的恒壓輸出和單位功率因數。但上述結構的輸出恒壓和恒流大小均受非接觸式變壓器參數的影響，而非接觸式變壓器的參數受空間、距離限制，設計復雜，在有限的空間和距離下，變壓器參數可能難以滿足恒壓或恒流要求。因此，本發明是基于以上問題，針對恒壓提出一族補償網絡拓撲，使得在滿足單位功率因數和輸出負載無關性的前提下，通過設計補償參數，可實現負載所需的恒定電壓，該補償網絡可有效避免設計時對變壓器參數的限制，從而簡化變壓器的設計。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種無線電能傳輸系統恒壓補償網絡拓撲的確定方法，由該方法獲取4種恒壓諧振補償網絡，該諧振補償網絡能夠實現不隨負載變化的恒壓輸出，且恒壓大小不受非接觸式變壓器參數限制，從而簡化非接觸式變壓器設計，解決了現有恒壓輸出方案中輸出大小均受非接觸式變壓器參數的限制以及在有限的空間和距離下變壓器參數可能難以滿足恒壓要求的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

無線電能傳輸系統恒壓補償網絡拓撲的確定方法，

首先，分別在非接觸式變壓器原邊和副邊連接原邊補償電路和副邊補償電路，在原邊補償電路輸入端施加正弦電壓V_in后形成向副邊補償電路輸出端負載供電的感應式無線電能傳輸系統；

接著，以系統的電壓增益E與負載無關、系統輸入阻抗為純阻性、系統效率最大化為目標確定系統的轉移參數矩陣A，V_o為負載所需的輸出電壓；

然后，選取串聯在非接觸式變壓器原邊的電容作為原邊補償電路，采用參數滿足：的T型網絡或者參數滿足：的Π型網絡作為副邊補償電路，ω為工作角頻率，C_P為原邊補償電路的電容值，L_P、L_S分別為非接觸式變壓器原邊繞組、副邊繞組的電感值，M為非接觸式變壓器原副邊繞組的互感值，Z₁、Z₂、Z₃分別為T型網絡參數，參數為Z₁、Z₂、Z₃的器件的一端并接在一起，參數為Z₁的器件的另一端和參數為Z₂的器件的另一端構成T型網絡的一個端口，參數為Z₃的器件的另一端和參數為Z₂的器件的另一端構成T型網絡的另一個端口，Z_A、Z_B、Z_C分別為Π型網絡參數，參數為Z_A的器件的一端和參數為Z_B的器件的一端連接，參數為Z_B的器件的另一端和參數為Z_C的器件的一端連接，參數為Z_A的器件的兩端構成Π型網絡的一個端口，參數為Z_C的器件的兩端構成Π型網絡的另一個端口，

在時：選取Z₁為容性、Z₂為容性、Z₃為感性的器件構成T型網絡，或者，選取Z_A為容性、Z_B為感性、Z_C為感性的器件構成Π型網絡，