[發明專利]低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路及控制方法

在審

• 申請號: 202310001392.2
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN116260255A
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 沈豪杰;劉福鑫;陳旭玲
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M7/219;H02M7/5387
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路及控制方法，所述功率傳輸電路包括：輸入級、線圈級和輸出級，其中：所述輸入級，包括多個逆變模塊和對應的輸入變壓器模塊；所述線圈級，包括線圈模塊和對應的線圈補償網絡；所述輸出級，包括多個整流模塊和對應的輸出變壓器模塊。采用上述技術方案，可以實現高距徑比、低壓大電流場合下的大功率傳輸，有效降低開關器件電流應力，提高電路可靠性、擴展性和通用性，同側線圈模塊的耦合不影響系統功率傳輸，無需考慮并聯線圈模塊的交叉耦合問題，輸入變壓器模塊和輸出變壓器模塊不僅可以實現電氣隔離和電壓增益調節，還能實現輸入級逆變模塊和輸出級整流模塊自然均流。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術，尤其涉及一種低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路及控制方法。

背景技術

電力器件和電子技術的飛速發展推動著新能源的迅速普及。近年來，新能源汽車、多電飛機以及全電飛機的發展也使得電力應用領域衍生出諸多新型架構和理論。無線電能傳輸作為一種新興電能傳輸方式，憑借其安全、便捷等優勢成為研究熱點，采用無線方式供電來取代傳統有線方式將會大幅改善供電系統的靈活性和可靠性。

在低壓大電流無線供電場合，輸入側和輸出側器件電流應力高，這給器件選型以及系統可靠性帶來挑戰。為了減小線圈尺寸、增加傳輸距離，應盡可能提高線圈的距徑比(傳輸距離與線圈最大邊長或直徑的比值)。但在距徑比較高時，線圈間的耦合系數和線圈級電壓增益低，進行大功率傳輸時線圈及其補償元件的電壓電流應力以及線圈支路導通損耗高，效率和可靠性低，參數難以優化設計。

發明內容

發明目的：本發明提供一種低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路及控制方法，多模塊并聯無線電能傳輸電路架構可以實現高距徑比、低壓大電流場合下的大功率傳輸，輸入級和輸出級采用多模塊并聯可以有效降低開關器件電流應力，模塊化設計有效提高了電路可靠性、擴展性和通用性；線圈級多模塊并聯可以有效減小線圈及其補償元件的電壓電流應力，便于線圈參數設計，提高了效率，并且線圈級的并聯結構使得同側線圈模塊的耦合不影響系統功率傳輸，因此無需考慮并聯線圈模塊的交叉耦合問題；輸入級變壓器模塊和輸出級變壓器模塊不僅可以實現電氣隔離和電壓增益調節，還能實現輸入級逆變模塊和輸出級整流模塊自然均流。

技術方案：本發明提供一種低壓大電流三級式可拓展無線電能傳輸電路，包括：輸入級、線圈級和輸出級，其中：所述輸入級，包括多個逆變模塊和對應的多個輸入變壓器模塊；每個逆變模塊分別與電壓輸入端和對應的輸入變壓器模塊輸入側連接，輸入變壓器模塊在輸出側串聯；所述線圈級，包括線圈級發射側的發射線圈模塊和對應的發射線圈補償網絡，以及線圈級接收側的接收線圈模塊和對應的接收線圈補償網絡，所述發射線圈模塊包括多層發射線圈，所述發射線圈補償網絡包括諧振腔和與每層發射線圈對應的發射補償電容，所述接收線圈模塊包括多層接收線圈，所述接收線圈補償網絡包括與每層接收線圈對應的接收補償電容；每層發射線圈的一端與對應的發射補償電容串聯后并聯于第一發射連接點，每層發射線圈的另一端連接于第二發射連接點，第一發射連接點和第二發射連接點與所述諧振腔連接，所述諧振腔與串聯后的輸入變壓器模塊輸出側的兩端連接；每層接收線圈的一端與對應的接收補償電容串聯后并聯于第一接收連接點，每層發射線圈的另一端連接于第二接收連接點，第一接收連接點和第二接收連接點分別與串聯后的輸出變壓器模塊輸入側的兩端連接；所述輸出級，包括多個整流模塊和對應的多個輸出變壓器模塊；每個整流模塊分別與電壓輸出端和對應的輸出變壓器模塊輸出側連接，輸出變壓器模塊在輸入側串聯。

具體的，所述公共LC諧振腔包括諧振電感和諧振電容，所述諧振電容的兩端分別于第一發射連接點和第二發射連接點連接，所述諧振電感的一端與串聯后的輸入變壓器模塊輸出側的一端連接，所述諧振電感的另一端與第一發射連接點連接。

具體的，發射線圈和接收線圈采用方形平面線圈。

具體的，發射線圈和接收線圈采用利茲線，繞制方式為從最外匝向內繞制。

具體的，在發射線圈和接收線圈的最外層鋪設磁芯。