[发明专利]一种LC-LCLC型CPT系统及极板应力优化方法

说明书

本发明公开了一种LC‑LCLC型CPT系统及极板应力优化方法，其中包括一种LC‑LCLC型CPT系统，通过在LC‑LCLC型CPT系统上设置电感和电容参数，实现了该系统与负载无关的零相角输入阻抗的恒压输出特性；还包括CPT系统的极板应力优化方法，在实现该系统与负载无关的零相角输入阻抗的恒压输出特性的参数条件下优化了耦合极板的电压应力，拓宽了连续工作模式负载范围，采用较少的器件实现了上述输出输入特性，减小了系统体积，提高了系统可靠性。

技术领域

本发明涉及CPT系统领域，特别涉及一种LC-LCLC型CPT系统及极板应力优化方法。

背景技术

CPT系统即电场耦合式无线电能传输系统是通过发射极板与接收极板间形成等效电容，利用高频电场产生位移电流来进行能量传输的系统，具有电磁辐射低，成本低，可穿透金属障碍物等优点，在生产生活中具有十分广泛的应用。

为了提高CPT系统的传输距离和功率等级，以及满足电池充电等需要恒压或恒流输出的应用场合，需要通过补偿网络对等效互容在pF级的耦合极板进行补偿，目前主要的补偿网络有双边LC、双边LCL、双边LCLC型补偿网络等。

设置双边LCLC补偿网络的如公开号为CN109525046B的中国专利公开的双边LCLC型CPT系统工作频率点选择及极板电压优化方法，包括：高频全桥逆变电路、包含原边补偿电感和原边补偿电容的原边LCLC补偿网络、包含两块发射极板和两块接收极板的耦合电容板、包含副边补偿电感和副边补偿电容的副边LCLC补偿网络、全桥整流滤波电路。

该发明推导出双边LCLC型CPT系统能够实现恒流输出的多个频率点，以减小系统体积为目的选择最优工作频率点，提高了系统输出增益，拓宽了系统连续工作模式下的负载范围；当系统工作在最优频率点时，该发明通过设置补偿网络的参数实现了耦合极板电压应力的降低、电路近似零无功环流和开关器件的软开关。

上述专利申请提供的补偿网络实现输入零相角的拓扑以恒流输出为主，而对于实现恒压输出特性的电路目前只能达到近似输入阻抗零相角，且需要前提条件C₁C₂＞＞C_M²。

对于耦合极板电压应力优化方面，双边LC电路的应力非常大，双边LCLC电路有可能实现低电压应力，但是其器件数量非常多，结构复杂体积大，增加了分析难度。

发明内容

本申请针对目前补偿网络只能同时恒压输出特性和近似输入零相角的问题，设计了可以实现恒压输出特性和与负载无关的理想输入阻抗零相角的LC-LCLC型CPT系统及极板应力优化方法，拓宽了连续工作模式负载范围，同时比较双边LC电路具有耦合极板电压应力小的优点，比较双边LCLC电路具有结构简单、体积小的优点。

一种LC-LCLC型CPT系统，包括依次电性连接的高频全桥逆变电路，原边LC补偿网络、耦合电容极板、副边LCLC补偿网络、全桥整流滤波电路；

所述原边LC补偿网络的原边第一补偿电感与原边第一补偿电容电性连接于高频全桥逆变电路不同的桥臂中点上；

所述副边LCLC补偿网络的副边第二补偿电感与副边第二补偿电容电性连接于全桥整流滤波电路的不同的桥臂中点上；

所述耦合电容极板为包括两块发射极板和两块接收极板的四极板结构；

所述CPT系统的参数设置如下：