[发明专利]一种三线圈结构的恒流恒压感应式无线充电系统

说明书

本发明公开了一种三线圈结构的恒流恒压感应式无线充电系统，具有发送部分、接收部分和恒流恒压切换部分。高频逆变器H的输入端连接直流电源E，其输出端串联初级补偿电容C_P后接入初级线圈L_P构成所述发送部分；所述接收部分的构成为：整流滤波电路D输入端与次级线圈L_S连接，其间串联次级补偿电容C_S；整流滤波电路D输出端与电池负载Z连接。所述恒流恒压切换部分具有与初级线圈L_p和次级线圈L_S构成互感线圈的第三线圈L₃，第三线圈L₃与第三线圈补偿电容C₃和切换开关一S₁串联，且切换开关一S₁的控制端与控制器一K₁相连。本发明能输出与负载无关的恒定电流和恒定电压，工作在一个频率点下。电路结构简单，成本低，无须复杂的控制策略；控制简单、方便可靠。

技术领域

本发明涉及一种恒流恒压感应式无线充电系统。

背景技术

感应式无线电能传输技术是一种利用磁场等软介质实现非接触电能传输的新型供电技术，其以供电灵活、安全、稳定性高及环境亲和力强等优点广泛运用于医疗、消费电子产品、水下供电、电动车充电和轨道交通等领域。其中，运用感应式无线电能传输技术对电池进行无线充电，避免了传统插拔系统存在的接触火花和插头老化等弊端，发展前途巨大。

为了实现电池安全充电，延长电池的使用寿命和充放电次数，通常主要包括恒流和恒压两个充电阶段。即在充电初期采用恒流模式，电池电压迅速增加；当电池电压达到充电设定电压时，采用恒压模式充电，充电电流逐渐减小直至达到充电截止电流，充电完成。也即对电池进行充电的感应式无线充电系统应能提供恒定的电流和电压。

现有的无线充电系统的主要构成及工作过程为：工频交流电经过整流成为直流，经过逆变器后直流电逆变成高频交流电，高频交变电流注入初级线圈，产生高频交变磁场；次级线圈在初级线圈产生的高频磁场中感应出感应电动势，该感应电动势通过高频整流后向负载提供电能。由于负载(电池)的等效阻抗是变动的，所以在一定输入电压下系统难以输出负载所需的恒定电流或电压。为解决该问题，通常的方法有两种：一、在电路系统中引入闭环负反馈控制，如在逆变器前加入控制器调节输入电压或者采用移相控制，或者在次级线圈整流后加入DC-DC变换器；其缺陷是，增加了控制成本和复杂性，降低系统稳定性。二、采用变频控制，系统工作在两个不同频率点实现恒流和恒压输出，但是该方法会出现频率分叉现象，造成系统工作不稳定。

发明内容

本发明的目的是使感应式无线充电系统既能输出恒流也能输出恒压，适用于对电池进行充电，且其控制方便、系统工作稳定，结构简单、制造成本低。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种三线圈结构的恒流恒压感应式无线充电系统，由发送部分、接收部分和恒流恒压切换部分组成，高频逆变器H的输入端连接直流电源E，其输出端串联初级补偿电容C_P后接入初级线圈L_P构成所述发送部分；所述接收部分的构成为：整流滤波电路D输入端次级线圈L_S连接，其间串联次级补偿电容C_S；整流滤波电路D输出端与电池负载Z连接；所述恒流恒压切换部分具有与初级线圈L_P和次级线圈L_S构成互感线圈的第三线圈L₃，第三线圈L₃与第三线圈补偿电容C₃和切换开关一S₁串联，且切换开关一S₁的控制端与控制器一K₁相连。

进一步地，所述的初级补偿电容C_P的电容值由式(1)确定：

其中ω为系统工作角频率。