[发明专利]基于磁耦合无线电能传输的直流变压器系统

说明书

本发明提供了一种基于磁耦合无线电能传输的直流变压器系统，包括：DC‑AC逆变模块，用于将输入直流转变为原边高频交流；无线电能传输模块，包括原边谐振模块以及副边谐振模块，原边谐振模块接收所述高频交流，并将其转换成强耦合的电磁场发送给副边谐振模块；所述副边谐振模块接收所述的电磁能后又将其转换为副边高频交流；整流滤波模块，用于将副边高频交流整流转换成直流并滤除高频分量，并最终输出的直流电压。本发明的变压器系统的电路结构简单、可靠、实用，且实现了变压器两侧之间高效率的、传输功率可控的无线电能传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输以及电力电子技术领域，特别是一种基于磁耦合无线电能传输的直流变压器系统。

背景技术

直流变换器分为输出可以调节的直流变换器和输出不调节的直流变压器两种类型，直流变压器可以实现功率的传输和电压的提升，在高压直流输电系统中广泛应用，而在新能源领域，如光伏、燃料电池、超级电容等场合也有诸多应用，同时直流-直流变压器技术还可用于进行直流电压采样及直流能量传输与阻抗变换电路。

直流-直流变压器一般采用电力电子方案解决，其中完成隔离变压任务的一般采用基于电磁感应原理的高频变压器，即采用先直流逆变得到交流，交流通过高频变压器变换完成变压比及电气隔离任务，最后再整流得到直流，即常见的DC/AC/DC方案。目前直流-直流变压器主要用于高压直流输电系统及新能源领域，如光伏、燃料电池、超级电容等场合有广泛应用。

强磁耦合无线电能传输变换技术是一项极有前途的高新技术，有着极为广泛应用前景，对于采用强磁耦合无线电能传输变换方案一样可以得到直流-直流变压器，不同于常规电力电子方案通过电磁感应原理的变压器的隔离方式，它通过原、副边线圈的高频谐振耦合原理进行能量传输，可以实现原边与副边线圈无磁芯方案的物理隔离而同时实现无线电能传递，在工业应用中可使设计更灵活。但考虑到强磁耦合无线电能传输对副边也就是能量接收侧的负载变化或能量潮流变化十分敏感，故需要对这个无线电路传输的工作频率以及输出功率进行调节，以实现变压器两侧之间高效率的、传输功率可控的无线电能传输。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于强磁耦合的无线电能传输变换的直流变压器系统，用强磁耦合无线电能传输变换部分替代高频变压器，通过无线电能传输变换技术实现了直流-直流变压器的能量传输，且通过对无线电能传输的工作频率以及输出功率进行控制调节实现了变压器两侧之间高效率的、传输功率可控的无线电能传输。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种基于磁耦合无线电能传输的直流变压器系统，包括：

DC-AC逆变模块，用于将输入直流转变为原边高频交流；

无线电能传输模块，包括原边谐振模块以及副边谐振模块，原边谐振模块接收所述高频交流，并将其转换成强耦合的电磁场发送给副边谐振模块；所述副边谐振模块接收所述的电磁能后又将其转换为副边高频交流；

整流滤波模块，用于将副边高频交流整流转换成直流并滤除高频分量；

直流输入的正负端与DC-AC逆变模块的输入端连接；DC-AC逆变模块的输出端与无线电能传输模块的输入端连接；无线电能传输模块的输出端与整流滤波模块的输入端连接；整流滤波模块得到最终输出的直流电压。

优选地，所述DC-AC逆变模块为单相全桥逆变电路，包括有两个并联的桥臂，每个桥臂上串联有两个全控型晶体管。

优选地，所述无线电能传输模块包括：电感为L_y的原边线圈、电容C_y、电感为L_f的副边线圈、电容C_f；所述原边线圈与电容C_y串联后与DC-AC逆变模块的输出连接，组成无线电能传输模块的原边，即输入端；所述副边线圈与电容C_f并联，组成无线电能传输模块的副边，即输出端。