[发明专利]具有强抗偏移能力的恒压或恒流型补偿拓扑的设计方法

说明书

一种具有强抗偏移能力的恒压或恒流型补偿拓扑的设计方法，属于无线电能传输技术领域。本发明为解决现有补偿拓扑抗偏移能力差的问题。包括：将无线电能传输系统等效为二端口网络；获得用A描述的二端口网络关系式；A与A_P、A_S及A_M之间的关系式，以及对应的二端口网络传输矩阵的特性关系式；再进一步得到二端口网络输出电压与输入电压比E、输出电流与输入电压比G以及补偿拓扑输入阻抗Z_in的表达式；经过一系列计算，得到无线电能传输系统的S/T型补偿网络对应的恒压模式和恒流模式表达式；在S/T型补偿网络对应的恒压模式和恒流模式表达式约束下，得到多种形式的最终补偿网络。本发明可以增强ICPT系统的抗偏移能力，同时保证输出电压/电流基本恒定。

技术领域

本发明涉及具有强抗偏移能力的恒压或恒流型补偿拓扑的设计方法，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

随着感应式无线电能传输技术(ICPT)在电动力汽车、航天工业、水下作业等领域的广泛应用，该技术已经受到越来越多的关注，发展极为迅速。然而，在诸如电动汽车充电、水下机器人充电、航天器对接等应用中，松耦合变压器的原副边之间可能会出现未对准的情况，使变压器的耦合系数、自感等参数发生变化。这对于传统的基于谐振状态设计的补偿拓扑，原有的谐振状态将被打破，无线电能传输系统的输出也会随之变化，进而使系统的恒压或者恒流特性丢失，无法满足负载要求。这一问题严重限制了ICPT技术在恒压/恒流输出领域的应用，阻碍了其进一步发展。

关于具备强抗偏移能力补偿拓扑的研究可以分成三类，其各自具备优点，同时存在一定的局限性，而无法达到预期的效果。其中第一类是输出功率恒定的拓扑，如SS、SP/S、T/S等；恒功率型拓扑的应用场合较少，远不如恒压/恒流型拓扑受欢迎；第二类是结合特定的松耦合变压器使用的补偿拓扑，包括单一补偿拓扑(S/SP)和混合拓扑；这类拓扑的缺陷是其抗偏移方向往往受限，并且大大增加了ICPT系统的复杂性；第三类是具备恒压或恒流输出特性的补偿拓扑，有S/SP、PS/S以及混合拓扑等，它们分别具有输出电压不可调、受限于抗偏移能力输出电流波动大等缺点。

因此，还需要通过不同的方式获得更多形式的具备强抗偏移能力的补偿拓扑；也就是说，许多补偿拓扑的强抗偏移能力可能未被发掘，在参数设计合理的情况下某些补偿拓扑的抗偏移能力将得到极大提高。

发明内容

针对现有补偿拓扑抗偏移能力差的问题，提供一种具有强抗偏移能力的恒压或恒流型补偿拓扑的设计方法。

本发明的一种具有强抗偏移能力的恒压或恒流型补偿拓扑的设计方法，包括，

将无线电能传输系统等效为二端口网络；

将补偿拓扑分为原边补偿拓扑和副边补偿拓扑，原边补偿拓扑的二端口传输矩阵为A_P，副边补偿拓扑的二端口传输矩阵为A_S；用A_M表示松耦合变压器的二端口传输矩阵；由所述二端口网络得到补偿拓扑和松耦合变压器总的二端口传输矩阵A，用二端口传输矩阵A描述所述二端口网络的关系式；并确定二端口传输矩阵A与二端口传输矩阵A_P、二端口传输矩阵A_S及二端口传输矩阵A_M之间的关系式，以及对应的二端口网络传输矩阵的特性关系式；

根据得到的关系式进行计算，得到二端口网络输出电压与输入电压比E、输出电流与输入电压比G以及补偿拓扑输入阻抗Z_in的表达式；

对二端口传输矩阵A中的部分元素取值进行设定，使无线电能传输系统的输出电压或者电流与负载和耦合无关，得到系统输出为恒压模式和恒流模式的表达式；

将原边补偿拓扑和副边补偿拓扑同时进行T型补偿网络的等效，进一步得到无线电能传输系统采用双T型补偿网络时，对应的恒压模式和恒流模式表达式；