[發明專利]基于雙側F-LCLC諧振網絡的ECPT系統及其參數設計方法

有效

• 申請號: 201710143436.X
• 申請日: 2017-03-11
• 公開（公告）號: CN106849372B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 蘇玉剛;謝詩云;孫躍;唐春森;葉兆虹;王智慧;戴欣
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 陳千

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，具體涉及一種基于雙側F-LCLC諧振網絡的ECPT系統及其參數設計方法。

背景技術

無線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術借助磁場、電場、微波、超聲波等介質作為能量載體來傳輸電能，該技術已經受到國內外專家學者的廣泛關注，目前已在電動車、家用電器、醫療器械、水下探測器、智能家居等應用領域展開研究，并取得了諸多成果。ECPT(Electric-field Coupled Power Transfer)系統是一種以金屬極板作為耦合機構，高頻電場為能量載體的無線電能傳輸技術。具有耦合機構輕便、對周圍導體不會產生渦流損耗、電磁兼容性較好等諸多優點，因此在電動車充/供電、便攜式電子產品，LED照明等諸多領域有很好的應用前景。目前國內外的專家學者在ECPT系統的高頻逆變器設計、耦合機構的補償、輸出穩壓控制、能量與信號同步傳輸、系統調諧、傳輸間距擴增等方面已獲得了眾多的研究成果。

在ECPT系統的應用中，相當一部分用電設備需要運行在穩定的工作電壓下，然而在運行過程中用電設備的負載可能會發生變化。這就要求當輸出負載發生變化時，系統的輸出電壓能夠維持恒定。縱觀現有的具有恒壓輸出特性的ECPT系統，要么需要在系統的接收端設置檢測通信電路將輸出電壓值反饋到發射端，以調節發射端的控制電路；要么需要高頻變壓器來實現阻抗變換以獲得恒壓輸出。閉環控制電路或高頻變壓器的存在將會使得系統較為復雜且成本較高；另外，當負載阻值發生變化時，現有ECPT系統的發射端諧振電路并不能工作在ZPA狀態(Zero Phase Angle，ZPA)，從而將會造成系統的功率因數減小以及逆變器的軟切換頻率發生漂移。

發明內容

本申請通過提供一種基于雙側F-LCLC諧振網絡的ECPT系統及其參數設計方法，以解決現有技術中為了獲得恒壓輸出特性而導致的系統電路結構復雜、成本高的問題，以及發射端諧振電路不能工作在ZPA狀態而造成系統的功率因數減小且逆變器的軟切換頻率發生漂移的技術問題。

為解決上述技術問題，本申請采用以下技術方案予以實現：

一種基于雙側F-LCLC諧振網絡的ECPT系統，包括直流電源、高頻逆變電路、升壓型F-LCLC諧振網絡、由補償電感L_s和兩對耦合極板構成的耦合單元、降壓型F-LCLC諧振網絡、整流濾波電路以及負載R_L，其中，所述直流電源經由所述高頻逆變電路轉變為交變電壓，所述升壓型F-LCLC諧振網絡由諧振電感L_1t、諧振電感L_2t、諧振電容C_1t以及諧振電容C_2t組成，所述諧振電感L_1t的一端與所述諧振電感L_2t的一端連接，所述諧振電感L_1t的另一端連接所述高頻逆變電路的第一輸出端，所述諧振電感L_2t的另一端通過所述補償電感L_s連接一塊發射極板，所述諧振電容C_1t的一端連接在所述諧振電感L_1t與所述諧振電感L_2t之間，所述諧振電容C_1t的另一端連接所述高頻逆變電路的第二輸出端，所述諧振電容C_2t的一端連接在所述諧振電感L_2t與所述補償電感L_s之間，所述諧振電容C_2t的另一端連接另一塊發射極板，所述降壓型F-LCLC諧振網絡由諧振電感L_1p、諧振電感L_2p、諧振電容C_1p以及諧振電容C_2p組成，所述諧振電感L_1p的一端與所述諧振電感L_2p的一端連接，所述諧振電感L_1p的另一端連接一塊接收極板，所述諧振電感L_2p的另一端連接所述整流濾波電路的第一輸入端，所述諧振電容C_1p的一端連接在所述諧振電感L_1p與所述諧振電感L_2p之間，所述諧振電容C_1p的另一端連接另一塊接收極板，發射極板與接收極板一一對應耦合實現能量無線傳輸，所述諧振電容C_2p的兩端分別連接所述整流濾波電路的第一輸入端和第二輸入端，在所述整流濾波電路的兩個輸出端之間連接所述負載R_L。