[发明专利]基于SS拓扑的磁谐振无线能量传输系统

摘要

本发明提出一种基于SS拓扑的无线能量传输系统，用于解决现有技术中负载较大时效率较低和系统复杂的技术问题，包括由市电输入模块和DC_DC降压模块共同组成的输入电源模块、初级逆变模块、初级阻抗匹配模块、WPT模块、次级阻抗匹配模块和次级整流滤波模块，通过设计WPT模块中初级与次级线圈为导线螺旋缠绕在两个开口相对放置的U型磁芯底部的结构，并设计次级阻抗匹配模块将WPT模块的输出阻抗匹配到最佳负载点，提高了系统传输效率，此外设计初级阻抗匹配模块提升初级逆变模块的输出阻抗，令DC_DC降压模块与市电输入模块组成的输入电源模块得以适用，替代复杂的直流稳压电源或含变压器的开关电源模块，简化了系统。

主权项

1.一种基于SS拓扑的磁谐振无线能量传输系统，包括顺次连接的输入电源模块(1)、初级逆变模块(2)、WPT模块(3)和次级整流滤波模块(4)，其中：所述输入电源模块(1)，用于将输入的交流市电转化为可调直流电输出；所述初级逆变模块(2)，用于将输入的直流电压转换为高频交流电压输出，包括第一开关MOS管S₁和第二开关MOS管S₂，S₂的漏极端与S₁的源极端相连，源极端接地；所述WPT模块(3)，用于实现电能‑磁能‑电能的无线能量传输，包括相互串联的初级发射线圈L_p和其初级谐振补偿电容C_p，以及相互串联的次级接收线圈L_s和其次级谐振补偿电容C_s，且相互串联的初级发射线圈L_p和其初级谐振补偿电容C_p与相互串联的次级接收线圈L_s和其次级谐振补偿电容C_s相对排布；所述次级整流滤波模块(4)，用于将输入的高频交流电转化为平滑稳定的直流电输出，包括由四个肖特基或快恢复类型的二极管构成的整流桥，以及与整流桥输出一端相连的第一滤波电容C_L，所述第一滤波电容C_L与整流桥输出的另一端接地；其特征在于：所述输入电源模块(1)，包括市电输入模块(11)和DC_DC降压模块(12)，所述市电输入模块(11)，用于将输入的交流市电转化为平滑稳定的直流电输出，包括一端相互连接，另一端接地的工频整流桥和第二滤波电容C；所述DC_DC降压模块(12)，用于将输入电源模块(11)输出的直流电实现可调降压输出，包括高压功率MOS管S_b、快恢复二极管D_b、电感L_b和第三滤波电容C_b；所述高压功率MOS管S_b的漏极端与所述第二滤波电容C未接地的那一端相连；所述快恢复二极管D_b负极与S_b的源极端与相连，正极接地；所述电感L_b一端与所述快恢复二极管D_b负极相连，另一端与所述第三滤波电容C_b和所述第一开关MOS管S₁的漏极端相连，所述第三滤波电容C_b的另一端接地；所述初级逆变模块(2)与所述WPT模块(3)之间连接有初级阻抗匹配模块(5)，该初级阻抗匹配模块(5)，用于提升所述初级逆变模块(2)的输出端端口阻抗，包括第一匹配电感L_f、第一匹配电容C_f、第二匹配电感L_m2和第二匹配电容C_m2；所述第一匹配电感L_f的一端与所述第一开关MOS管S₁的源极端和第二开关MOS管S₂的漏极端相连，另一端与所述第一匹配电容C_f的一端相连；所述第二匹配电容C_m2的一端与所述第一匹配电容C_f的另一端以及所述第二匹配电感L_m2的一端相连，该C_m2的另一端接地，所述第二匹配电感L_m2的另一端与所述初级谐振补偿电容C_p的一端相连；所述WPT模块(3)与所述次级整流滤波模块(4)之间连接有次级阻抗匹配模块(6)，该次级阻抗匹配模块(6)，用于将所述WPT模块(3)的输出端口阻抗匹配到其最佳负载点，包括第三匹配电感L_m1以及与L_m1一端相连的第三匹配电容C_m1；所述第三匹配电容C_m1两端与所述次级整流滤波模块(4)中所述整流桥的输入端连接，第三匹配电感L_m1的另一端与所述次级谐振补偿电容C_s的一端相连；所述WPT模块(3)，其中的初级发射线圈L_s，包括初级U型磁芯和螺旋缠绕在初级U型磁芯底部的导线，次级接收线圈L_p，包括次级U型磁芯和螺旋缠绕在次级U型磁芯底部的导线，且初级U型磁芯和次级U型磁芯的开口相对。