[发明专利]一种无线电能传输系统恒流补偿网络拓扑的确定方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种无线电能传输系统恒流补偿网络拓扑的确定方法，适用于无线充电场合，属于无线电能传输的技术领域。

背景技术

近年来，感应式无线电能传输(Inductive Power Transfer)日益成为人们研究的热点，在许多场合也获得了应用。在许多商业、工业和研究领域，例如：电容器充电、电池充电、发光半导体驱动均需要电流源。IPT系统需要输出负载所需的恒定电流。

IPT系统以交变的电磁场为媒介，将能量传输到负载，其漏感较大，通常需要加入谐振补偿网络，但是补偿后的网络，其输出特性十分复杂。为了输出所需的电流，通常采用控制手段。为了降低电路器件应力，实现电压电流零相位差(Zero Phase Angle,ZPA)，通常采用变频控制实现一定负载范围内的ZPA，通过后级变换器调节负载所需的负载电流，但是ZPA存在多个频率点，带来频率分叉问题，降低了系统稳定性，并且额外的后级电路增加成本和损耗。

为了简化控制系统，有文献从电路的结构入手进行分析，经研究发现串串(SS)和并串(PS)结构工作在时可同时实现与负载无关的恒流输出和单位功率因数。因此在定频状态下可以大大简化控制系统。但上述结构的恒流大小均受非接触式变压器参数的影响，而非接触式变压器的参数受空间、距离限制，设计复杂，在有限的空间和距离下，变压器参数可能难以满足设计要求。因此，本发明是基于以上问题，针对恒流提出一族补偿网络拓扑，使得在满足单位功率因数和输出负载无关性的前提下，通过设计补偿参数，可实现负载所需的恒定电流，该补偿网络可有效避免设计时对变压器参数的限制，从而简化变压器的设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种无线电能传输系统恒流补偿网络拓扑的确定方法，由该方法获取4种恒流谐振补偿网络，该谐振补偿网络能够实现不随负载变化的恒流输出，且恒流大小不受非接触式变压器参数限制，从而简化非接触式变压器设计，解决了现有恒流输出方案中输出大小均受非接触式变压器参数的限制以及在有限的空间和距离下变压器参数可能难以满足恒流要求的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

无线电能传输系统恒流补偿网络拓扑的确定方法，

首先，分别在非接触式变压器原边和副边连接原边补偿电路和副边补偿电路，在原边补偿电路输入端施加正弦电压V_in后形成向副边补偿电路输出端负载供电的感应式无线电能传输系统；

接着，以系统的电流增益G与负载无关、系统输入阻抗为纯阻性、系统效率最大化为目标确定系统的转移参数矩阵A，I_o为负载所需的输出电流；

然后，选取串联在非接触式变压器原边的电容作为原边补偿电路，采用参数满足：的T型网络或者参数满足：的Π型网络作为副边补偿电路，ω为工作角频率，C_P为原边补偿电路的电容值，L_P、L_S分别为非接触式变压器原边绕组、副边绕组的电感值，M为非接触式变压器原副边绕组的互感值，Z₁、Z₂、Z₃分别为T型网络参数，参数为Z₁、Z₂、Z₃的器件的一端并接在一起，参数为Z₁的器件的另一端和参数为Z₂的器件的另一端构成T型网络的一个端口，参数为Z₃的器件的另一端和参数为Z₂的器件的另一端构成T型网络的另一个端口，Z_A、Z_B、Z_C分别为Π型网络参数，参数为Z_A的器件的一端和参数为Z_B的器件的一端连接，参数为Z_B的器件的另一端和参数为Z_C的器件的一端连接，参数为Z_A的器件的两端构成Π型网络的一个端口，参数为Z_C的器件的两端构成Π型网络的另一个端口，在时：选取Z_A为容性、Z_B为容性、Z_C为感性的器件构成Π型网络，

在时：选取等效为一个电容的器件构成T型网络，或者，选取Z_B为容性的器件以及Z_A和Z_C均无穷大的器件构成Π型网络，