[發明專利]具有恒流輸出特性的無線電能傳輸用LC/S補償拓撲電路

在審

• 申請號: 201710272257.6
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN106961221A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 劉曉勝;姚友素;王懿杰;裴煜;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 劉士寶

技術領域

本發明涉及具有恒流輸出特性的無線電能傳輸用LC/S補償拓撲電路，屬于無線電能傳輸技術領域。

背景技術

與傳統的纜線電能傳輸方式相比，無線電能傳輸作為一種新的電能傳輸方法，具有非常明顯的優點，如更加方便、安全可靠、不受外部天氣狀況的影響等，因此，無線電能傳輸技術在各個領域獲得了廣泛的應用。合適的補償拓撲能夠有效地降低電源的功率等級，提高系統的功率因素，同時獲得良好的輸出特性，但是已有的補償拓撲存在如下問題：

1、系統最大輸出功率受到松耦合變壓器參數的限制

目前一些無線電能傳輸的補償拓撲中，如SS、SP、PS、PP、S/SP補償拓撲，系統最大輸出功率與松耦合變壓器參數直接相關，只要松耦合變壓器參數確定，系統最大輸出功率就確定。若想改變系統的最大輸出功率，需要重新制作松耦合變壓器，但是制作符合要求的松耦合變壓器需要大量的時間和人力，成本過高，效率低下。

2、補償模型過于理想化，不合實際

理想情況下的理論分析表明，雙邊LCL補償拓撲的輸出特性等性能指標均滿足要求，但在實際應用時，雙邊LCL補償拓撲不滿足要求，主要原因是補償模型過于理想。

3、補償元件數目過多，系統成本較高，尺寸較大，損耗較多

雙邊LCC補償拓撲的輸出特性等性能指標均滿足要求，但是雙邊LCC補償拓撲需要6個補償元件(4個補償電容，2個補償電感)，導致系統成本、尺寸及損耗的增加。

發明內容

本發明是為了解決已存在的無線電能傳輸補償拓撲若想改變系統的最大輸出功率，需要重新制作松耦合變壓器或者增加補償元件數目，耗時耗力，效率低，并且增加了損耗的問題。現提供具有恒流輸出特性的無線電能傳輸用LC/S補償拓撲電路。

具有恒流輸出特性的無線電能傳輸用LC/S補償拓撲電路，它包括原邊電源電路和副邊負載電路，

原邊電源電路包括直流電壓源U_in、全橋逆變器、LC補償電路和松耦合變壓器的原邊耦合線圈L_P，LC補償電路包括原邊補償電感L₁和原邊補償電容C₁，

直流電壓源U_in的正極連接全橋逆變器兩個上橋臂的共聯節點，直流電壓源U_in的負極連接全橋逆變器兩個下橋臂的共聯節點，

原邊補償電感L₁的一端連接全橋逆變器的一個上、下橋臂的中點，原邊補償電容C₁的一端同時連接全橋逆變器的另一個上、下橋臂的中點和松耦合變壓器的原邊耦合線圈L_P的一端，原邊補償電感L₁的另一端同時連接原邊補償電容C₁的另一端和松耦合變壓器的原邊耦合線圈L_P的另一端，

副邊負載電路包括松耦合變壓器的副邊耦合線圈L_S、副邊補償電容C₂、二極管全波整流橋、并聯電容濾波器C_F和阻性負載R_L，

松耦合變壓器的副邊耦合線圈L_S的一端連接副邊補償電容C₂的一端，副邊補償電容C₂的另一端連接二極管全波整流橋的一個上、下橋臂的中點，松耦合變壓器的副邊耦合線圈L_S的另一端連接二極管全波整流橋的另一個上、下橋臂的中點，并聯電容濾波器C_F的一端連接二極管全波整流橋的兩個上橋臂的共聯節點，并聯電容濾波器C_F的另一端連接二極管全波整流橋兩個下橋臂的共聯節點，阻性負載R_L并聯在電容濾波器C_F的兩端。

本發明的有益效果為：

本申請的具有恒流輸出特性的無線電能傳輸用LC/S補償拓撲電路具有以下三個方面的有益效果：

(1)采用LC/S補償拓撲，系統最大輸出功率不受松耦合變壓器參數的限制，能夠在不更換松耦合變壓器的前提下改變系統最大輸出功率，從而達到節省時間和人力、降低成本、提高效率的目的。

(2)LC/S補償拓撲具有良好的恒流輸出特性，系統控制電路的設計大大簡化，間接提高系統可靠性，降低系統成本。

(3)改變負載電路中的串聯補償電容，LC/S補償拓撲的輸入阻抗角即會改變，該補償拓撲易于實現ZVS軟開關(零電壓開關)，軟開關參數設計簡單，電路調試容易；系統損耗較低，效率較高。

附圖說明