[實用新型]一種電壓源與電流源復合激勵非接觸變換電路

有效

• 申請號: 201720241345.5
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN206595897U
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 陳乾宏;柯光潔;張鈺晟
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 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

本實用新型的電壓源與電流源復合激勵的非接觸變換器，屬于電能變換領域。

背景技術

非接觸供電利用磁場耦合實現“無線供電”，即采用原副邊完全分離的非接觸變壓器，通過高頻磁場的耦合傳輸電能，使得在能量傳遞過程中原邊(供電側)和副邊(用電側)無物理連接。與傳統的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便、安全，無火花及觸電危險，無積塵和接觸損耗，無機械磨損和相應的維護問題，可適應多種惡劣天氣和環境，便于實現自動供電，具有良好的應用前景。

一個完整的無線電能傳輸系統由電氣隔離的原邊和副邊組成。整個系統包括3個核心單元：高頻電能變換單元、諧振補償單元和非接觸變換單元。其中，非接觸變換單元屬于松耦合，其相比于緊耦合變壓器存在低耦合、大漏感的缺點，如果不進行補償，整個系統中會存在大量的無功功率，大大降低了系統傳輸功率和系統整體效率，制約了非接觸供電技術的推廣和應用。同時由于無線電能傳輸系統的原副邊完全分離，實際應用中會存在原副邊相對位置改變以及正對氣隙距離變化等多種工況，導致變壓器的電路參數發生較大變化，從而影響非接觸變換器的工作性能。除了原副邊相對位置變化引起的非接觸變壓器電路參數變化，類似于普通電源，無線電能傳輸系統應該能夠適應不同的應用對象、負載屬性及功率等級。

為了降低非接觸供電系統對一次供電側的電力容量需求，以及提高二次側能量傳輸能力。通常在非接觸變壓器的原副邊，分別采用電容補償的方式來消除漏感的影響，也就是無線電能傳輸系統中的諧振補償單元。Chwei-Sen Wang；Stielau,O.H.；Covic,G.A.,"Design considerations for a contactless electric vehicle battery charger,"Industrial Electronics,IEEE Transactions on,vol.52,no.5,pp.1308,1314,Oct.2005給出了原副邊串并、串串、并并和并串四種基本補償形式的特性分析。其他不同的補償方式也有不同的文章對其進行了探討。對不同的補償拓撲進行歸納總結可以發現：1、不同的補償網絡有不同的輸入輸出特性，且非接觸變換器的輸出特性是與耦合系數密切相關的；2、原副邊補償電容的取值都是在非接觸變壓器原副邊氣隙固定的情況下計算得到的，當原副邊氣隙變化或出現偏移錯位情況時，即耦合系數發生改變時，諧振頻率點會偏移原來的設計參考點，大大限制了非接觸供電系統的能量傳輸能力和適用性；3、一種補償拓撲能夠為用電設備提供的電壓、電流、功率都是有限的。

為了提高原副邊錯位偏移情況下非接觸供電系統的能量傳輸能力，奧克蘭Mickel Budhia,John T.Boys,Grant A.Covic and Chang-Yu Huang,"Development of a Single-Sided Flux Magnetic Coupler for Electric Vehicle IPT Charging Systems"IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.60,no.1,January 2013提出在非接觸變壓器副邊兩繞組(被簡稱DD繞組)中間疊加與副邊繞組重疊的第三繞組(被簡稱Q繞組)，減小次級輸出功率的橫向錯位敏感度，較好地解決了錯位時處于“進、出磁通完全抵消”的“感應盲點”而影響變壓器功率傳輸能力的問題。但是這種DDQ的繞組結構僅能改善非接觸變壓器在橫向錯位條件下的輸出特性，對原副邊垂直距離的變化(即氣隙變化)，這種“DDQ”的繞組結構的輸出特性仍有很大變化。考慮到實際應用中非接觸變壓器原副邊之前氣隙大小以及錯位情況的不確定性，仍需要進一步探討研究。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種電壓源與電流源復合激勵的非接觸變換器，有效提高變耦合系數條件下輸出特性的穩定性。

技術方案：一種電壓源與電流源復合激勵非接觸變換電路，包括第一非接觸變換模塊支路和第二非接觸變換模塊支路；所述第一非接觸變換模塊支路由第一輸入源、第一原邊補償網絡、第一非接觸變壓器、第一副邊補償網絡、第一整流電路、第一濾波網絡依次串聯連接組成，所述第二非接觸變換模塊支路由第二輸入源、第二原邊補償網絡、第二非接觸變壓器、第二副邊補償網絡、第二整流電路、第二濾波網絡依次串聯組成，所述第一濾波網絡的輸出和第二濾波網絡的輸出串聯或并聯連接后接在負載兩端。

進一步的，流入其中一路非接觸變壓器原邊繞組的恒定電流通過LC變換網絡或控制電路的方式實現。