[發明專利]一種對稱的電力變換器電路拓撲結構及其控制方法

在審

• 申請號: 201811173709.6
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109245542A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 李建科
• 申請（專利權）人: 李建科
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02J3/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明公開了一種適用于雙向近場電能傳輸的電力變換器電路拓撲及其控制方法，所述電路拓撲包括全橋逆變、原邊諧振動態補償網絡、原邊線圈、副邊線圈、副邊諧振動態補償網絡、全橋同步整流及負載。本發明采用線圈與可調諧振電容串聯的結構，在不同的線圈耦合系數，不同負載大小及由于溫度、器件生產制造誤差等因素引起的系統參數變化等條件下，均能通過調整電容切換開關的PWM占空比產生連續變化可調的等效串聯諧振電容對諧振網絡進行動態補償，來實現全橋逆變的軟開關，最小化系統能量傳輸中的無功功率，進而最大化系統電能傳輸效率，在系統恒定工作頻率情況下，有效增強了系統輸出特性的調整能力。此外，由于電路結構具有對稱性，可實現近場電能的雙向傳輸，即實現電網與負載間的雙向能量流動，提高了系統在智能電網中的利用率。

技術領域

本發明涉及電力電子拓撲電路，尤其涉及一種對稱的電力變換器電路拓撲結構及其控制方法。

背景技術

近場電能傳輸是通過將高頻電路通過原邊線圈轉化為交變電磁場，副邊線圈中產生的高頻感應電流經整流電路轉化為直流輸出。近年來，該技術已經普遍應用于智能手機的無線充電產品中，另外此技術在家用機器人、工業機器人、電動汽車領域亦具有廣闊的應用前景。

為了提高能量傳輸距離和效率，可以分別在原邊線圈和副邊線圈增加諧振補償網絡，即構成磁諧振。目前現有的諧振補償網絡的諧振頻率由補償網絡中電感或電容、線圈自感或互感決定，在線圈間相對位置發生變化時，線圈自感及線圈間互感和耦合系數均會發生相應變化，另外在不同工作溫度環境下，線圈結構中鐵氧體的磁導率也會發生變化，進而導致線圈電氣參數發生變化。此外，由于批量生產造成的電感誤差及電容誤差也無法避免。因此，在實際工作中，諧振頻率會發生一定程度的變化，若開關頻率偏離諧振頻率過多，會造成高頻逆變器的硬開關及過多無功功率損耗，功率輸出能力降低等嚴重問題；若開關頻率跟隨諧振頻率變化，則系統在不同工況下將占用較大的頻率帶寬資源，而一方面國內及國際相關標準均對工作頻率范圍進行了限定，另一方面，較寬的工作頻率范圍將使系統電磁兼容設計更加復雜，且增加系統成本。

在未來智能電網系統中，大功率近場電能傳輸不僅僅是從電網傳輸到負載(如電池)的單向能量流動，為了優化電網供電與負荷之間的關系“削峰填谷”，這就要求近場電能傳輸系統具備雙向能量流動的功能。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種對稱的電力變換器電路拓撲結構。

實現本發明目的的技術方案為：一種對稱的電力變換器電路拓撲結構，包括輸入直流電源U₁、全橋逆變電路、原邊諧振動態補償網絡、原邊線圈3L_i1、副邊線圈3L_o1、副邊諧振動態補償網絡、全橋同步整流電路及負載電池U₂，所述全橋逆變電路、原邊諧振動態補償網絡與副邊諧振動態補償網絡、全橋同步整流電路的具體拓撲結構關于原邊線圈3L_i1、副邊線圈3L_o1對稱；

所述輸入直流電源U₁、全橋逆變電路、原邊諧振動態補償網絡依次連接，所述原邊諧振動態補償網絡輸出端分別與原邊線圈3L_i1的兩端連接，所述副邊線圈3L_o1的兩端分別與副邊諧振動態補償網絡的輸入端連接，所述原邊線圈3L_i1、副邊線圈3L_o1同名端相對，所述副邊諧振動態補償網絡的輸出端與全橋同步整流電路的輸入端連接，全橋同步整流電路的輸出端與負載電池U₂的兩端連接。