[發明專利]基于倍壓整流器的動態無線供電系統功率波動抑制方法

有效

• 申請號: 202010156727.4
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111654118B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 麥瑞坤;劉順攀;倪嘉蔚;周凌云;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40
• 代理公司: 成都聚蓉眾享專利代理有限公司 51291
• 代理人: 劉艷均

1.基于倍壓整流器動態無線供電系統的功率波動抑制方法，其特征在于，包括以下步驟:

a.構建基于原邊LCC并聯與副邊雙解耦型的無線供電系統拓撲結構；

b.根據拓撲結構線圈相對偏移狀態，調節基于原邊LCC并聯與副邊雙解耦型的無線供電系統的工作模式，確保輸出電壓U₀穩定；

所述基于原邊LCC并聯與副邊雙解耦型的無線供電系統包括直流電源U_dc和依次與直流電源U_dc連接的電容C、全橋逆變器、多個并聯的LCC發射端，接收端包括雙解耦型接收線圈，倍壓整流器和依次與倍壓整流器連接的電容C_L、負載電阻R_L；

根據基爾霍夫電壓電流定律，系統描述為：

其中，ω是系統的角頻率；

由于系統諧振，所以有：

jωL_r+1/jωC_r＝0，jωL_p+1/jωC_p＝0，

jωL_s1+1/jωC_s1＝0，jωL_s2+1/jωC_s2＝0，

當接收端在移動過程中原邊與副邊線圈的相對位置變化，發射端和接收端線圈的互感存在差異，系統三種工作模式如下:

開關S₁閉合，其余開關斷開，發射線圈和接收線圈對準，互感和近似相同，兩個接收線圈的電壓即認為是在這種情況下，接收線圈S1和S2串聯，整流器工作在全橋整流模式，兩個接收線圈都傳輸電能；由于接收線圈的電壓平衡，幅值和相位近似等于的幅值和相位；通過電容C₁和C₂的電流很小，和看作當系統處于穩定狀態時的直流電壓；在這個工作模式下輸出電壓U_o為：

忽略導體電能損耗并且假設和的相位相等，有：

根據式(2)和式(3)，流過兩副邊線圈的電流得：

將(4)代入(1)，得：

感應電壓和的幅值和增益表示為：

其中，g_an＝M_s1/L_r，g_nb＝M_s2/L_r，g_an和g_nb為兩個接收線圈的電壓增益；

開關S₁閉合，其余開關斷開，副邊線圈S1與原邊線圈P1的距離大于副邊線圈S2和原邊線圈P1的距離，互感和不平衡，整流器的運行方式也不同；若并且由于C₁和C₂的鉗位效應，和大致相等，接收線圈S1感應電壓的振幅為：

由于的振幅大于只有接收線圈L_S1接收能量，整流器工作在倍壓整流模式，并且由于接收線圈L_s2的感應電壓被二極管鉗住，電流i_s2等于零；

當u_an在正半周期時，電流i_s1通過二極管D₁和電阻R_L給C₁,負載電流I_L通過電容C₂，回到n點形成閉環，C₂同時被充電；當u_an在負半周期時，電流i_s1經過n點，流過C₂給C₂充電并經過二極管D₃和a點再流過C_s1和L_s1形成閉環，C₁形成放電電流給負載R_L供能，C₁處于放電狀態；忽略導線的線損并假設和的相位相等，這種工作模式下的輸出電壓U_o為：

得i_S1為:

將(9)和代入(1)，有：

的幅值和增益為：

其中：g_an＝M_s1/L_r；

與工作模式B類似，當并且只有接收線圈S2處于能量傳輸狀態，由于C₁和C₂的鉗位效應，i_s1的電流約等于零；

計算得：

的幅值和增益為：

其中：g_nb＝M_s2/L_r；

綜上所述，無論發射端與接收端是否對準，系統的輸出電壓U_o表示為：

即系統輸出電壓為兩個接收線圈電壓中較大值的兩倍，利用該屬性，通過對應的發射線圈陣列和控制，使接收端在移動時，系統輸出電壓與發射線圈與接收線圈互感最大值成正比；即使接收線圈與其中一個或幾個發射線圈的互感減小，只要兩個解耦的接收線圈中的一個與任一發射線圈之間的互感能夠維持在較高的水平，即實現輸出電壓的恒定。