[发明专利]一种用于无线电能传输的电流馈电式半桥谐振拓扑结构

说明书

本发明提供了一种用于无线电能传输的电流馈电式半桥谐振拓扑结构，包括发射端和接收端，所述发射端包括准电流源、半桥电路逆变器和CLC谐振网络，所述准电流源通过所述半桥电路逆变器与所述CLC谐振网络相连，所述接收端包括谐振电路和倍压器电路，所述谐振电路与所述倍压器电路相连，所述CLC谐振网络包括第一电容、第二电容和发射线圈，所述第二电容与所述发射线圈串联后与所述第一电容并联，所述谐振电路包括与所述发射线圈配合的接收线圈以及与所述接收线圈电连接的第三电容。本发明提供的用于无线电能传输的电流馈电式半桥谐振拓扑结构，使电流馈电型感应式电能传输系统(IPT)电路适用于中等功率应用。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，尤其涉及一种用于无线电能传输的电流馈电式半桥谐振拓扑结构。

背景技术

无线能量传输系统(WPT)是当前的研究热点，分为感应式电能传输系统和电容式电能传输系统。感应式电能传输系统(IPT)是一种利用电磁感应理论来实现的无线电能传输技术，在航空航天、交通运输、医疗器械、机器人、照明、便携式电子产品、矿井和水下应用等领域有着广泛的应用前景。

如图1，基于IPT系统的电流馈电式推挽电流倍增电路的逆变器的控制通常是通过变频调制完成的。开关频率仅由逆变输出电压确定，并通过感测输出电压的过零点完成，这有助于零电压开关(ZVS)导通和关断。然而，由于逆变器输出的零电压，这种控制方法的主要限制是启动变换器。由于逆变器输出电压的过零点是单个工作点，因此，若要精确地检测该点，并在传感器和控制无延迟的情况下开启一个金氧半场效晶体管(MOSFET)的同时关闭另一个MOSFET，这是一个很难的挑战。如果电路中控制不精确，那么并联电容就会通过一个MOSFET，而其它MOSFET的晶体二极管短路。但是，如果逆变器输出电压较低，且操作切换频率较低，控制电路延迟可以忽略不计，那这就不是一个大问题。但是，在高功率应用中，逆变器的输出电压幅值很大，零交叉后会急剧上升。因此，如果MOSFET没有接通，并在零交叉时完全关闭，那么谐振电容将通过MOSFET和晶体二极管短路，这将导致大量的功率损耗。由于这些原因，这些拓扑结构的应用通常限于低功率。为了使电流馈电型IPT电路适用于中等功率应用，本发明提出了一种新的电流馈电式半桥谐振拓扑结构，解决此限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种用于无线电能传输的电流馈电式半桥谐振拓扑结构，以使得电流馈电型IPT电路适用于中等功率应用。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种用于无线电能传输的电流馈电式半桥谐振拓扑结构，包括包括发射端和接收端，所述发射端包括准电流源、半桥电路逆变器和CLC谐振网络，所述准电流源通过所述半桥电路逆变器与所述CLC谐振网络相连，所述接收端包括谐振电路和倍压器电路，所述谐振电路与所述倍压器电路相连，所述CLC谐振网络包括第一电容、第二电容和发射线圈，所述第二电容与所述发射线圈串联后与所述第一电容并联，所述谐振电路包括与所述发射线圈配合的接收线圈以及与所述接收线圈电连接的第三电容。

作为优选，保持逆变器输出功率因数滞后，无论负载电流如何，始终保证逆变器开关的软开关导通；选择第一电容和第二电容的值，使得逆变器输出电流的幅值较低，并选择第三电容的值，使得倍压器电路输入端电压为最大值。

作为优选，所述接收线圈与所述第三电容串联。

作为优选，所述倍压器电路包括第三二极管、第四二极管、第四电容和第五电容，所述第三二极管与第四电容相连，所述第四二极管与第五电容相连，所述第三二极管的正极、所述第四二极管的负极均与所述第三电容的负极的相连。

作为优选，所述准电流源包括直流电源、第一直流电感和第二直流电感，所述第一直流电感和第二直流电感相互并联且均与所述直流电源串联，所述第一直流电感和第二直流电感的另一端均与所述半桥电路逆变器相连。

作为优选，所述第一直流电感和第二直流电感之间没有耦合。