[發明專利]雙邊LC補償型CPT系統及其參數設計方法

有效

• 申請號: 202110616501.2
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113258687B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 吳羽;溫振霖;殷金安;徐立剛;陳乾宏;任小永;張之梁
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;江蘇展芯半導體技術有限公司
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05;H02M5/08;H02M3/335;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

本發明公開一種雙邊LC補償型CPT系統及其參數設計方法，在任意給定的輸出功率P_o、輸出負載R_o和容性耦合機構的尺寸限制下，該雙邊LC補償型CPT系統可以同時實現最小電壓應力、最優AC?AC效率和最少電容個數，有利于CPT系統在小型化應用場合的發展需求。本發明的參數設計方法通過對諧振頻率的設計，將容性耦合機構的電壓應力限制在合理的設計范圍內，在確保功率傳輸能力的同時避免了金屬極板間的空氣擊穿帶來的打火問題。

技術領域：

本發明涉及一種適用于雙邊LC補償型CPT系統及其參數設計方法，屬于電能變換領域，可應用于便攜式電子設備、機械臂、慣性轉臺等小型化無線充電場合。

背景技術：

無線電能傳輸技術（Wireless Power Transfer，簡稱WPT）由于其無接觸故障、使用便利、機動性好和易于維護等優點，在電動汽車充電、軌道交通、高速旋轉設備供電、高壓電力線取電、地下管網探測、植入式設備以及測控設備供電等場合得到了廣泛的應用。其中，磁場耦合式（Inductive Power Transfer，簡稱IPT）和電場耦合式（Capacitive PowerTransfer，簡稱CPT）由于其傳輸功率大且效率高，成為WPT技術中兩個重要研究方向。相比IPT技術，CPT技術由于其容性耦合機構重量輕和成本低，在小型化無線充電場合得到了廣泛的應用。

在CPT系統的補償網絡中，雙邊LC補償由于其補償元件數量少的優點，得到了廣泛地應用。在CPT系統中，由于其容性耦合機構的互容較小，多為pF級，為實現功率傳輸往往需要在原副邊金屬極板上施加高達數kV的高頻交變電壓，容易引發空氣擊穿和電場泄露的問題，不利于系統的可靠性和安全性。而CPT系統的功率傳輸能力又與其極板電壓直接相關，因此需要對補償網絡進行設計，將電壓應力設計在一個合理的范圍內。除了極板電壓應力的安全問題，效率和功率密度也是CPT系統在實際應用中的關鍵挑戰。現有的設計方法難以同時兼顧電壓應力、效率和功率密度的優化需求，且忽略了補償電容的組成設計。

發明內容：

為解決現有技術中存在的問題，本發明提出一種雙邊LC補償型CPT系統及其參數設計方法，該雙邊LC補償型CPT系統可以滿足最小電壓應力、最優AC-AC效率和最少電容個數，從而滿足其高可靠性、高效率和高功率密度的發展需求。

本發明的技術方案如下：