[发明专利]双边LC型电场耦合式WPT系统恒流输出的参数设置方法

说明书

本发明公开了双边LC型电场耦合式WPT系统恒流输出的参数设置方法，属于无线电能传输的技术领域。系统包括：高频全桥逆变电路、包含原边补偿电感和原边补偿电容的原边LC补偿网络、包含两块发射极板和两块接收极板的耦合电容板、包含副边补偿电感和副边补偿电容的副边LC补偿网络、全桥整流滤波电路，参数设置方法在保证负载所需恒定电流的前提下，以均衡原副边补偿网络电压应力为目标调整原副边LC补偿网络参数使系统输出负载所需的恒流并实现电路近似零无功环流和开关器件的软开关，使得耦合电容板自身无功功率最低，提高无线电能传输系统的效率及可靠性，减少成本，提高了传输功率等级。

技术领域

本发明公开了双边LC型电场耦合式WPT系统恒流输出的参数设置方法，属于无线电能传输的技术领域，适用于如LED供电和电池充电等需要恒定电流输出的应用场合。

背景技术

目前，国内对于无线电能传输(WPT，Wireless Power Transmission)技术的研究热点主要集中在磁场耦合方式。与磁场耦合相对偶的工作方式电场耦合以高频电场作为能量载体，高频交流电作用在发射极板上时，发射极板与接收极板间形成交互电场进而产生位移电流，实现了极板间的能量传输，具有可穿越金属隔离层、电磁辐射低、体积小等优点。

相较于磁场耦合式无线电能传输系统，电场耦合式无线电能传输系统的耦合系数较低，主要应用在短距离、低功率等级的场合。为提高系统的传输距离和功率等级，需要对耦合机构进行补偿。目前主要的补偿方式有直接串联电感的补偿方式、双边LC型补偿网络、LCL型补偿网络及LCLC型补偿网络等。

直接串联电感的补偿方式，具有电路结构简单的优点，但存在系统所需补偿电感的电感值较大且难以实现远距离、大功率传输的缺陷。为减小补偿电感的电感值、提高传输距离及功率等级，学者提出了双边LC型补偿网络，通过泵升耦合机构两端电压以实现系统传输功率等级的提升，但与此同时，耦合机构的电压应力增加，原副边补偿网络中某一元器件所承受的电压应力过大，加大了电路设计及绝缘设计的难度。为进一步优化电场耦合式无线电能传输系统的性能，学者提出了LCL型补偿网络及LCLC型补偿网络，但此类补偿网络结构复杂，分析困难。

本发明旨在优化双边LC型补偿网络的参数设计方法，以实现在保证输出所需恒流和输入零无功的前提下均衡原副边补偿网络的电压应力并减小耦合机构无功功率的发明目的。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了双边LC型电场耦合式WPT系统恒流输出的参数设置方法，在保证输出所需恒流和输入零无功的前提下既均衡了原、副边补偿网络的电压应力又减小了耦合机构的无功功率，解决了现有双边LC型补偿网络的耦合机构电压应力大、原副边补偿网络中某一元器件所承受的电压应力过大的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

双边LC型电场耦合式WPT系统恒流输出的参数设置方法，

双边LC型电场耦合式WPT系统包括：高频全桥逆变电路、包含原边补偿电感和原边补偿电容的原边LC补偿网络、包含两块发射极板和两块接收极板的耦合电容板、包含副边补偿电感和副边补偿电容的副边LC补偿网络、全桥整流滤波电路，原边补偿电感的一端与高频全桥逆变电路的一桥臂中点连接，原边补偿电感的另一端、原边补偿电容的一极均与耦合电容板的一块发射极板相连接，原边补偿电容的另一极、耦合电容板的另一块发射极板均与高频全桥逆变电路的另一桥臂中点相连接，副边补偿电容的一极、副边补偿电感的一端均与耦合电容板的一块接收极板相连接，副边补偿电感的另一端与全桥整流滤波电路的一桥臂中点连接，副边补偿电容的另一极、耦合电容板的另一块接收极板均与全桥整流滤波电路的另一桥臂中点相连接，全桥整流滤波电路的输出端接有负载，