[发明专利]一种MCR-WPT系统过耦合区域传输效率电路分析方法

说明书

本发明公开了一种MCR‑WPT系统过耦合区域传输效率电路分析方法，旨在提供一种为了提高WCR‑WPT系统在高传输效率下的稳定性能的电路分析方法，其技术方案要点是，建立了WCR‑WPT系统的等效电路模型，分析了频率分裂现象，并推导出频率分裂的闭合方程和时可实现的传输效率。利用该电路分析方法，证明了等同谐振回路在WCR‑WPT系统过耦合区域可实现高稳定性能，为短距离WPT系统设计提供重要参考。

技术领域

本发明涉及无线充电系统领域，具体涉及一种MCR-WPT系统过耦合区域传输效率电路分析方法。

背景技术

自2007年麻省理工学院Marin Soljacic课题组应用电磁耦合技术，实现了电能中距离的无线传输之后，无线电能传输技术(WPT)逐步从技术和消费者的角度显示出相当大的潜力。无线电能传输主要分为电磁辐射式(EMR)、电磁感应耦合式(ICPT)和磁耦合谐振式(MCR)等几类。正因为磁耦合谐振式无线电能传输系统传输距离远、效率高、功率大，潜在的实用价值高，近年来备受到各国学者和爱好者关注。

WCR-WPT系统是通过具有等同谐振频率的两个线圈之间的磁耦合，实现对电能的高效传输，线圈间的耦合为中高频磁场，谐振频率成为WPT系统性能好坏的非常关键参数，其中频率分裂是一个重要的现象，它不仅与传输效率(TE)有关，也与过耦合区域内的WPT能力有关。虽然谐振回路调谐到相同的谐振频率，但当它们具有强耦合的磁场时，可以在两个不同的频率上产生传输功率的峰值。由于频率分裂使得传输功率的峰值远离原来的谐振频率，WPT系统的传输效率就急剧下降。

目前，公开号为CN109067009A的中国专利公开了一种基于中心频率和带宽的MC-WPT系统计方法，它通过中心频率和带宽对MC-WPT系统中的互感参数、电容参数以及电阻参数进行配置，无需增加任何额外的LC电路或者线圈便可得到多频段MC-WPT系统。

这种基于中心频率和带宽的MC-WPT系统计方法虽然提供的基于中心频率和带宽的MC-WPT系统设计方法，通过中心频率和带宽对MC-WPT系统中的互感参数、电容参数以及电阻参数进行配置，无需增加任何额外的LC电路或者线圈便可得到需要的MC-WPT系统，但是通过采用自适应频率调优技术，在过耦合区域内，传输效率可以是均匀的，但未考虑耦合系数的影响，无法证实了等同谐振回路在WCR-WPT系统过耦合区域可实现高稳定性能，为短距离WPT系统设计提供重要参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种MCR-WPT系统过耦合区域传输效率电路分析方法，其具有提出一种利用等效电路模型(ECM)的磁耦合WPT系统模型，并推导给定距离()中最优传输效率的闭合形式方程；对过耦合区域中的等同谐振回路的可实现传输效率进行数学证明；分析结果证实了等同谐振回路在WCR-WPT系统过耦合区域可实现高稳定性能，为短距离WPT系统设计提供重要参考的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种MCR-WPT系统过耦合区域传输效率电路分析方法，包括MCR-WPT系统，所述MCR-WPT系统包括发射端和接收端，所述发射端上连接有电源，所述发射端包括稳压滤波模块、高频逆变模块、谐振补偿网络和发射线圈依次连接，所述接收端包括接收线圈、谐振补偿网络和功率调控模块依次连接，所述MCR-WPT系统的发射端和接收端之间通过L1及 L2一对磁谐振线圈的高频交变磁场耦合实现连接；

所述两个磁谐振线圈在相同的谐振频率下谐振的电容：；根据基尔霍夫电压定律建立以下方程：（1）：；

式（1）中： （2）

由公式（1），电流和可得： (3)

整个WPT系统可以被看作是一个双端口网络，利用公式（3），可以计算等效参数： (4)

公式(4)中，，是一个散射参数，用于分析WPT系统的正向电压增益。