[发明专利]一种动态无线供电复用发射导轨CLCLC补偿的电路拓扑

说明书

本发明提出一种动态无线供电复用发射导轨CLCLC补偿的电路拓扑，包括直流母线电压U_DC，逆变源开关管S₁至S₆，与逆变源开关管一一对应的反并联二极管D₁至D₆，CLCLC补偿电路以及接收端；CLCLC补偿电路包括两段相邻发射导轨的自感L_p1和L_p2，谐振补偿电容C_p1、C_p2和C_p；接收端包括接收端自感L_s和补偿电容C_s；复用发射导轨为相邻导轨做补偿，无需为每段导轨额外配置补偿电感；复用发射端逆变源，采用一个逆变源驱动两段导轨；系统的高度复用，减少了器件的使用，降低了系统的体积和成本，减小了损耗，提高了系统效率；同时采用全桥拓扑，提高了母线电压利用率，同等开关器件条件下具有更高的功率等级。

技术领域

本发明属于无线电能传输和动态无线供电领域，具体地，涉及一种动态无线供电复用发射导轨CLCLC补偿的电路拓扑。

背景技术

动态无线供电技术可以在电动汽车行驶过程中实时补充电能，因而可以增加续航里程，减少动力电池的配比，克服传统有线充电方式带来的弊端，具有重要的研究价值。目前正朝着大功率、远距离、长里程的方向不断发展。国内外对动态无线供电技术的研究主要围绕长导轨式和多线圈排布式磁耦合机构展开，就其本身的结构及特性、磁芯配置方式、耦合性能特点、横向偏移能力、谐振补偿拓扑、动态切换方法、行进过程中功率波动等问题进行了研究，取得了一系列成果。此外，一些动态无线供电项目已经开发出成套系统，建立了多条动态无线供电试验线，逐步投入实际运行当中，使得动态无线供电技术改变传统有线充电方式真正成为可能。

动态无线供电系统中发射端常采用S补偿拓扑，该拓扑的谐振元件少，成本低，损耗小，效率高，配合电压型逆变源输出恒流控制，可以在空间建立一个稳定的行波磁场，使接收端感应出有效值稳定的电压实现无线供电。然而当接收端未进入导轨上方时，由于发射端处于空载状态，反射阻抗为零且谐振腔内阻很小，近似为短路状态，故此时要求电源的输出电压很小。而当接收端进入发射导轨上方达到完全耦合状态下，接近满载输出，此时反射阻抗很大，要求电源的输出电压很高。因此发射端采用S拓扑时，对电源的输出电压变化范围要求很宽。此外接收端进入导轨过程的时间受车速影响，要求电源输出电压具有较快的调节速度，以满足车辆位置变化导致的功率需求，提高了电源的设计难度。

LCC补偿拓扑由于具有硬件恒流特性，在静态无线充电领域广泛应用，应用到动态无线供电中也具有一定优势。该拓扑配备一个电压型逆变源，产生一个幅值恒定且与负载无关的发射电流，故可以实现负载功率的自动匹配，调节速度快，稳定性高。且LCC拓扑具有阻抗变换的作用，当接收端未进入导轨上方时，虽然反射阻抗为零，但经变换后逆变源的等效负载为无穷大，输出电流几乎为零，故允许空载状态的存在。然而由于LCC补偿拓扑具有一个闭合的谐振回路，且该回路阻抗很小，因此通电的发射导轨会在另一组相邻的发射导轨中感应出一定的电压，在闭合谐振回路中产生较大的电流，有击穿电容或开关管的隐患。而且LCC补偿拓扑需要匹配一个电感量和耐流能力均与发射导轨相当的补偿电感，该电感体积较大，引入更多损耗，使成本提高，系统效率降低。

此外，动态无线供电切换方法主要有单源分段供电、多源独立供电、多源混合供电、多源混合交替供电等四种方案。①单源分段供电指的是所有导轨并联于同一台电源上，电源始终处于运行状态，通过串联开关切换实现导轨的投切。该方式结构简单，成本较低，但需要的供电线较多且长度较长，开关处于硬切换状态容易烧毁器件，同时开启两段导轨难度较大。②多源独立供电方案指的是为每一段供电导轨均配备一台发射电源，该方式省去了切换开关，结构简单，切换容易，但电源数量过多，成本较高。③多源混合供电方案是对单源分段供电的改进，减少了每一个电源驱动导轨的段数，以减小单电源压力，但在局部仍未解决硬切换和两段导轨同时供电的问题。④多源混合交替供电方案采用两台电源交替连接发射导轨，在减少电源数量的同时，允许相邻两段导轨同时工作，降低了成本，提高了接收功率的稳定性。