[發(fā)明專利]一種基波電流補償高次諧波電流的LCCL諧振結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611206019.7
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106787243B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 高鍵鑫;吳旭升;汪小娜;高嵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基波電流補償高次諧波電流的LCCL諧振結構，該結構包括：諧振電感，電磁感應式無線電能傳輸（Inductive Contact?less Power Transfer，ICPT）系統(tǒng)電能發(fā)射端線圈，并聯(lián)諧振電容，串聯(lián)諧振電容，ICPT系統(tǒng)電能發(fā)射端線圈與串聯(lián)諧振電容串聯(lián)之后，再與并聯(lián)諧振電容并聯(lián)，之后與諧振電感串聯(lián)，并且采用LCCL諧振結構輸入端基波電流補償LCCL諧振結構輸入端高次諧波電流的方法，給出該結構的參數設計關系，達到與LCCL諧振結構相連接的ICPT系統(tǒng)全橋逆變器工作在零電流關斷狀態(tài)的目的。

技術領域

本發(fā)明涉及無線電能傳輸技術領域，具體涉及一種電磁感應式非接觸電能傳輸系統(tǒng)電能發(fā)射端諧振結構。

背景技術

電磁感應式無線電能傳輸(Inductive Contactless Power Transfer，ICPT)系統(tǒng)利用電磁感應原理，采用電磁諧振的方式，實現電能的非接觸傳輸。該技術相比采用激光、微波載波方式，具有不受中間非磁性障礙物影響、對生物體影響小的優(yōu)點，是10m以下近距離非接觸傳輸大功率電能的最佳方式之一。ICPT技術為解決磁懸浮列車移動供電、內植式醫(yī)療設備密閉空間供電、水下無電纜監(jiān)測電能傳輸、電動汽車無線充電等問題提供了一條新的可行解決方案。

ICPT系統(tǒng)發(fā)射端線圈與接收端線圈之間存在較大的氣隙，磁場在氣隙中磁阻較大，發(fā)射端線圈難以形成較為集中的磁路與接收端線圈相耦合。由此產生了發(fā)射端線圈與接收端線圈互感系數低、線圈漏感大的問題。隨著發(fā)射端線圈與接收端間隔距離增大，線圈間互感系數急劇下降，同時漏感急劇增大，直接影響了ICPT系統(tǒng)電能傳輸的功率和效率。所以目前實用的基于電磁感應原理的無線電能傳輸技術均具有針對線圈漏感的諧振網絡結構，也即均為磁耦合諧振式結構。目前現有技術以一階基本型結構、二階LC結構為主，少數采用三階諧振網絡結構。在三階諧振網絡方面，大部分借鑒軟開關諧振變換器的思路，以LCL諧振結構為主。

LCL諧振絡結構通過諧振的方式，大幅增加ICPT系統(tǒng)輸出功率能力，同時利用該結構在諧振時的選頻特性，使得輸入線圈的電流波形呈現準正弦波波形，間接減少了電磁干擾。此外，LCL諧振結構還可以解決線圈并聯(lián)電容與高頻逆變器間的環(huán)流問題。因此，到目前為止LCL諧振網絡與其他諧振網絡相比，具有較為優(yōu)良的性能，是該領域目前主流技術方向。

目前，采用LCL三階結構作為諧振補償結構的設計中，都是對稱結構，即二端口網絡輸入、輸出完全對稱，輸入二端口與輸出二端口可以互換。這是為了保證輸入、輸出阻抗無電抗分量、均呈現純電阻特性而有意為之，意圖達到逆變器零電壓開通(ZVS)和零電流關斷(ZCS)的目的。但是該對稱性結論是在只分析單一頻率的正弦波情況下得到的，忽略了其他頻率諧波。然而，作為ICPT系統(tǒng)的諧振補償網絡，實際輸入波形并非單一頻率正弦波，而是方波。電壓型逆變器對應于電壓方波，電流型逆變器對應于電流方波。所以，對稱型LCL三階結構并不能達到輸入輸出阻抗為純電阻的效果。ICPT系統(tǒng)逆變器在開關時刻，通過功率管的瞬時電流值并不為零，導致逆變器處于硬關斷工作狀態(tài)，產生較大的開關損耗。

發(fā)明內容

針對上述現有技術，本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種基波電流補償高次諧波電流的LCCL諧振結構，該結構可以實現ICPT系統(tǒng)逆變器的零電流關斷。