用于ipt系統(tǒng)的lcl網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及感應(yīng)電能傳輸（In化CtivePowerTransfer,IPT)技術(shù)，具體地說(shuō)，是 一種用于IPT系統(tǒng)的LCL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)電能傳輸（In化CtivePowerTransfer)技術(shù)，簡(jiǎn)稱為IPT技術(shù)，是一種借助 于高頻電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)募夹g(shù)，近幾年內(nèi)受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。
[0003] 在IPT系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)原、副邊之間存在著空氣間隙，因此，一般采用高頻諧振 的方式來(lái)提高系統(tǒng)能量的傳輸效率。傳統(tǒng)的IPT系統(tǒng)的原、副邊通常采用單級(jí)LC諧振網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行能量的傳輸。但是運(yùn)種諧振型IPT系統(tǒng)中，副邊負(fù)載會(huì)在原邊LC諧振回路中引入較大 的反射阻抗，使得原邊的軟開關(guān)工作頻率對(duì)負(fù)載變化極為敏感，甚至?xí)霈F(xiàn)多周期工作點(diǎn) 現(xiàn)象，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，而且當(dāng)系統(tǒng)功率增大時(shí)，原邊開關(guān)管會(huì)承受很大的電壓、電流應(yīng)力。
[0004] 為了克服輸出電流對(duì)負(fù)載變化極為敏感的缺點(diǎn)，有人提出了使用IXL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 傳統(tǒng)IXL網(wǎng)絡(luò)具有輸出電流與負(fù)載無(wú)關(guān)的特性，很適合用于IPT系統(tǒng)的原邊網(wǎng)絡(luò)，使原邊發(fā) 射線圈電流恒定，不受負(fù)載的影響。但是，實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于IPT系統(tǒng)原邊電 路時(shí)，具有逆變器輸出電流高次諧波分量較大、參數(shù)設(shè)計(jì)不靈活等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]基于上述缺陷，本發(fā)明首先提出一種用于IPT系統(tǒng)的IXL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)IXL網(wǎng) 絡(luò)的基礎(chǔ)上，增設(shè)一對(duì)相互禪合的繞組，通過(guò)調(diào)整禪合繞組之間的互感系數(shù)來(lái)降低電路器 件參數(shù)選型的難度。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案為：
[0007] 一種用于IPT系統(tǒng)的LCL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵在于，包括W下六種拓?fù)湫问?，具體 為：
[0008] a、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組LeW及發(fā)射 線圈Lp,所述第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用同 名端相連，所述第一繞組La與第二繞組的公共端還經(jīng)過(guò)電容LA連接在所述第二輸入端上；
[0009] b、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組LeW及發(fā)射 線圈Lp,所述第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用異 名端相連，所述第一繞組La與第二繞組的公共端還經(jīng)過(guò)電容CP連接在所述第二輸入端上；
[0010] C、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組LeW及電容 Cp,所述第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用同名端 相連，所述第一繞組La與第二繞組的公共端還經(jīng)過(guò)發(fā)射線圈LP連接在所述第二輸入端上；
[0011] t在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組LeW及電容 Cp,所述第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用異名端 相連，所述第一繞組La與第二繞組的公共端還經(jīng)過(guò)發(fā)射線圈LP連接在所述第二輸入端上；
[0012] e、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一電感Li、第一繞組LaW及電容 Cp,第一電感Li與第一繞組L A的公共端還依次串接第二繞組L e和發(fā)射線圈L P后接所述第 二輸入端，第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用同名 端相連；
[0013] f、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一電感Li、第一繞組LaW及電容 Cp,第一電感Li與第一繞組L A的公共端還依次串接第二繞組L e和發(fā)射線圈L P后接所述第 二輸入端，所述第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用 異名端相連。
[0014] 基于上述六種新型的IXL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可W發(fā)現(xiàn)，在IXL網(wǎng)絡(luò)中，存在有一對(duì)相互禪 合的線圈繞組，即第一繞組La與第二繞組Le,兩個(gè)繞組之間可W采用同名端連接，也可W采 用異名端連接，不同的連接方式能夠分析出不同的恒流條件和同相條件，運(yùn)些條件除了與 元器件自身參數(shù)相關(guān)，還與第一繞組La與第二繞組L e之間的互感系數(shù)相關(guān)，因此，將運(yùn)些 新型的LCL網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用在IPT系統(tǒng)中，除了能夠保證原邊發(fā)射線圈電流不受負(fù)載影 響，還能降低電路中各個(gè)元器件參數(shù)選型的難度，當(dāng)某一元器件的參數(shù)無(wú)法達(dá)到要求時(shí)，可 W通過(guò)改變第一繞組La與第二繞組Le之間的互感系數(shù)來(lái)調(diào)整其他元器件的參數(shù)，使得整個(gè) 系統(tǒng)仍然保持恒流條件和同相條件。
[0015] 在上述各種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出了一種用于IPT系統(tǒng)的LCL網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，具體按照W下步驟進(jìn)行：
[0016] 步驟1 :給定參數(shù)：包括發(fā)送線圈電流值Ip,wt、系統(tǒng)角頻率《、輸入電壓UdcW及發(fā) 射線圈電感值Lp,按照
計(jì)算通用T型S端口 IXL網(wǎng)絡(luò)中第一電感的電感 值；
[0017] 步驟2 :判斷第一電感的電感值Li是否大于發(fā)射線圈電感值L P，如果是，則選擇a、 b、C、e或f中的一種拓?fù)湫问?；否則進(jìn)入步驟3 ;
[0018] 步驟3 :判斷第一電感的電感值Li是否小于發(fā)射線圈電感值L P，如果是，則選擇d 或e中的一種拓?fù)湫问?，否則，選擇e運(yùn)種拓?fù)湫问剑?br>[0019] 步驟4 :設(shè)定禪合系數(shù)Ki,所述禪合系數(shù)Ki小于0. 5,根據(jù)不同LCL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的恒 流條件、恒流時(shí)發(fā)射線圈Lp的電流公式W及同相條件計(jì)算出第一繞組La、第二繞組Le、電容 Cp的大小，再根據(jù)所得的第一繞組L A、第二繞組Le的值計(jì)算互感值M1的大小，所述互感值M1 的計(jì)算公式為，
[0020] 步驟5 :步驟4所得的第一繞組La、第二繞組Lb、電容Cp W及互感值M 1是否能夠?qū)?現(xiàn)，如果能實(shí)現(xiàn)，則設(shè)計(jì)完成；否則改變禪合系數(shù)Ki或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愋?，返回步驟4重新計(jì)算 新的參數(shù)值。
[0021] 通過(guò)該方法，可W針對(duì)不同的IPT系統(tǒng)選擇一種最佳的IXL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整第 一繞組La與第二繞組L e之間的禪合系數(shù)K 1，然后根據(jù)IXL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的恒流公式、恒流時(shí)發(fā) 射線圈Lp的電流公式W及同相條件公式，計(jì)算出第一繞組La、第二繞組Le及其互感值Mi的 值，再結(jié)合實(shí)際中能否實(shí)現(xiàn)的情況，循環(huán)計(jì)算，最終可W得到最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)，降低了電路 設(shè)計(jì)和參數(shù)選型的難度。
[0022] 本發(fā)明的顯著效果是：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)IXL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，設(shè)計(jì)出的各種新型的LCL 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的IXL網(wǎng)絡(luò)中引入了相互禪合的線圈繞組，使得電路設(shè)計(jì)時(shí)，能夠通過(guò)調(diào) 整禪合線圈之間的禪合系數(shù)來(lái)降低電路元器件的參數(shù)選型時(shí)的難度，按照具體的設(shè)計(jì)方法 進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，能夠滿足不同場(chǎng)景IPT系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在保證原邊發(fā)射線圈恒流、同相的 前提下，大大的降低了設(shè)計(jì)成本。
【附圖說(shuō)明】
[002引圖1是本發(fā)明的六種新型IXL網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑?br>[0024] 圖2是圖1中a形式IXL網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牡刃щ娐穲D；
[0025] 圖3是圖2的S端口 T型阻抗模型； 陽(yáng)0%] 圖4是傳統(tǒng)的LCL網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0027] 圖5是本發(fā)明的參數(shù)設(shè)計(jì)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】W及工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 如圖1所示，一種用于IPT系統(tǒng)的IXL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括W下六種拓?fù)湫问?，具體為：
[0030] a、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組Le W及發(fā)射 線圈Lp,所述第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用同 名端相連，所述第一繞組La與第二繞組的公共端還經(jīng)過(guò)電容L A連接在所述第二輸入端上；
[0031] b、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組Le W及發(fā)射 線圈Lp,所述第一繞組La與第二繞組Le為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用異 名端相連，所述第一繞組La與第二繞組的公共端還經(jīng)過(guò)電容C P連接在所述第二輸入端上；
[0032] C、在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組Le W及電容 Cp,所述第一繞組La與第二繞組L e為一對(duì)相互禪合的禪合電感且二者的公共端采用同名端 相連，所述第一繞組La與第二繞組的公共端還經(jīng)過(guò)發(fā)射線圈L P連接在所述第二輸入端上；
[0033] t在第一輸入端和第二輸入端之間依次串聯(lián)有第一繞組La、第二繞組Le W及電容