一種無線電能傳輸系統(tǒng)恒壓補償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇_定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸系統(tǒng)恒壓補償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇_定方法，適用于無線 充電場合，屬于無線電能傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)式無線電能傳輸（Inductive Power Transfer, IPT)技術(shù)以交變的電磁場為 媒介，將能量傳輸?shù)截?fù)載。由于無直接的電氣接觸，因而能夠避免電火花，不受環(huán)境的影響， 可以在惡劣的環(huán)境下工作。目前，IPT技術(shù)在消費電子、照明、電動汽車等領(lǐng)域獲得到了廣泛 的應(yīng)用。
[0003] 為高效傳遞有功能量，IPT變換器需具有以下特性：1、零無功功率，2、開關(guān)器件軟 開關(guān)，3、直接輸出負(fù)載所需的電壓或電流。電路中不存在無功能量，即單位功率因數(shù)，可有 效減小器件應(yīng)力，減小無功環(huán)流帶來的損耗，有效提高傳輸效率和功率。軟開關(guān)技術(shù)可進(jìn)一 步減少開關(guān)器件的損耗，提高效率。諧振補償使得輸出電壓或電流與負(fù)載和頻率有關(guān)，定頻 控制可避免輸出受頻率影響，為避免負(fù)載變化時對輸出的影響，IPT變換器的輸出應(yīng)具有負(fù) 載無關(guān)性。
[0004] 為同時實現(xiàn)以上目標(biāo)，在基本的四種補償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)只有串串（SS) 和并串（ps)結(jié)構(gòu)工作在〃 時可同時實現(xiàn)與負(fù)載無關(guān)的恒流輸出和單位功率 因數(shù)；串并(SP)和并并(PP)工作?
時可同時實現(xiàn)與負(fù)載無關(guān)的恒 壓輸出和單位功率因數(shù)。但上述結(jié)構(gòu)的輸出恒壓和恒流大小均受非接觸式變壓器參數(shù)的影 響，而非接觸式變壓器的參數(shù)受空間、距離限制，設(shè)計復(fù)雜，在有限的空間和距離下，變壓器 參數(shù)可能難以滿足恒壓或恒流要求。因此，本發(fā)明是基于以上問題，針對恒壓提出一族新的 補償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，使得在滿足單位功率因數(shù)和輸出負(fù)載無關(guān)性的前提下，通過設(shè)計補償參數(shù)， 可實現(xiàn)負(fù)載所需的恒定電壓，該補償網(wǎng)絡(luò)可有效避免設(shè)計時對變壓器參數(shù)的限制，從而簡 化變壓器的設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了一種無線電能傳 輸系統(tǒng)恒壓補償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇_定方法，由該方法獲取4種新型恒壓諧振補償網(wǎng)絡(luò)，該諧振補 償網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)不隨負(fù)載變化的恒壓輸出，且恒壓大小不受非接觸式變壓器參數(shù)限制，從 而簡化非接觸式變壓器設(shè)計，解決了現(xiàn)有恒壓輸出方案中輸出大小均受非接觸式變壓器參 數(shù)的限制以及在有限的空間和距離下變壓器參數(shù)可能難以滿足恒壓要求的技術(shù)問題。
[0006] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0007] 無線電能傳輸系統(tǒng)恒壓補償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇_定方法，
[0008] 首先，分別在非接觸式變壓器原邊和副邊連接原邊補償電路和副邊補償電路，在 原邊補償電路輸入端施加正弦電壓Vin后形成向副邊補償電路輸出端負(fù)載供電的感應(yīng)式無 線電能傳輸系統(tǒng)；
[0009] 接著，以系統(tǒng)的電壓增益E與負(fù)載無關(guān)、系統(tǒng)輸入阻抗為純阻性、系統(tǒng)效率最大化 為目標(biāo)確定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移參數(shù)矩陣A，
V。為負(fù)載所需的輸出電壓；
[0010] 然后，選取串聯(lián)在非接觸式變壓器原邊的電容作為原邊補償電路，采用參數(shù)滿足：
的T型網(wǎng)絡(luò)或者參數(shù)滿足
的Π 型網(wǎng)絡(luò)作為副邊補償 電路，ω為工作角頻率，Cp為原邊補償電路的電容值，Lp、Ls分別為非接觸式變壓 器原邊繞組、副邊繞組的電感值，Μ為非接觸式變壓器原副邊繞組的互感值，分別為 T型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，參數(shù)為的器件的一端并接在一起，參數(shù)為叾:的器件的另一端和參數(shù) 為辦的器件的另一端構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)的一個端口，參數(shù)為Z 3的器件的另一端和參數(shù)為Z2的器件 的另一端構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)的另一個端口，ZA、Z B、ZC分別為Π 型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，參數(shù)為ZA的器件的一 端和參數(shù)為Zb的器件的一端連接，參數(shù)為Zb的器件的另一端和參數(shù)為Z C的器件的一端連接， 參數(shù)為Za的器件的兩端構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)的一個端口，參數(shù)為ZC的器件的兩端構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)的 另一個端口，
[0011] 在茗=昏 < 魯時:選取ZA容性、Z2為容性、Z3為感性的器件構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)，或者，選 取Z A為容性、Zb為感性、ZC為感性的器件構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)，
[0012] 在廬時:選取ZA容性、Z3為感性的器件以及Ζ1 = 0的器件構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)，或 Κ Μ 者，選取ΖΑ為容性、Zb為感性器件以及ZC無窮大的器件構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)，
[0013] 在￡= g ^時:選取ZA感性、22為容性、Z3為感性的器件構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)，或者，選 I Μ 取ΖΑ為容性、Zb為感性、ZC為容性的器件構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)，
[0014] 在甚=-> 時:選取2:為容性、Z2為感性、Z3為容性的器件構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)，或者，選取 f m ZA為感性、Zb為容性、ZC為感性的器件構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)。
[0015] 無線電能傳輸系統(tǒng)恒壓補償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇_定方法，
[0016] 首先，分別在非接觸式變壓器原邊和副邊連接原邊補償電路和副邊補償電路，在 原邊補償電路輸入端施加正弦電壓Vin后形成向副邊補償電路輸出端負(fù)載供電的感應(yīng)式無 線電能傳輸系統(tǒng)；
[0017] 接著，以系統(tǒng)的電壓增益E與負(fù)載無關(guān)、系統(tǒng)輸入阻抗為純阻性、系統(tǒng)效率最大化 為目標(biāo)確定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移參數(shù)矩陣A，
為負(fù)載所需的輸出電壓；
[0018] 然后，選取串聯(lián)在非接觸式變壓器副邊的電容作為副邊補償電路，采用參數(shù)滿足：
的T型網(wǎng)絡(luò)或者參數(shù)滿足：
的Π 型網(wǎng)絡(luò)作為原邊補 償電路，ω為工作角頻率，f ，CS為副邊補償電路的電容值，LP、Ls分別為非接觸式變 壓器原邊繞組、副邊繞組的電感值，Μ為非接觸式變壓器原副邊繞組的互感值，分別 為T型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，參數(shù)為Zl、Z2、Z3的器件的一端并接在一起，參數(shù)為 21的器件的另一端和參 數(shù)為Z2的器件的另一端構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)的一個端口，參數(shù)為Z3的器件的另一端和參數(shù)為Z 2的器 件的另一端構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)的另一個端口，ZA、ZB、ZC分別為Π 型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，參數(shù)為ZA的器件的 一端和參數(shù)為Zb的器件的一端連接，參數(shù)為Zb的器件的另一端和參數(shù)為Zc的器件的一端連 接，參數(shù)為Za的器件的兩端構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)的一個端口，參數(shù)為ZC的器件的兩端構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò) 的另一個端口，
[0019] 在石時:選取ZA感性、Z2為容性、Z3為容性的器件構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)，或者，選 iti ·Ρ 取ΖΑ為感性、Zb為感性、ZC為容性的器件構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)，
[0020] 在時:選取&為感性、Ζ2為容性的器件以及Ζ3 = 0的器件構(gòu)成Τ型網(wǎng)絡(luò)，或 K LP 者，選取Zb為感性、ZC為容性的器件以及ZA無窮大的器件構(gòu)成π型網(wǎng)絡(luò)，
[0021] 在！= > 時:選取ZA感性、Z2為容性、Z3為感性的器件構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)，或者，選 Vln LP 取ZA為容性、Zb為感性、ZC為容性的器件構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)，
[0022] 在|時:選取2:為容性、Ζ2為感性、Ζ3為容性的器件構(gòu)成Τ型網(wǎng)絡(luò)，或者，選取 ΖΑ為感性、Zb為容性、ZC為感性的器件構(gòu)成Π 型網(wǎng)絡(luò)。
[0023] 無線電能傳輸系統(tǒng)恒壓補償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇_定方法，
[0024] 首先，分別在非接觸式變壓器原邊和副邊連接原邊補償電路和副邊補償電路，在 原邊補償電路輸入端施加正弦電壓Vin后形成向副邊補償電路輸出端負(fù)載供電的感應(yīng)式無 線電能傳輸系統(tǒng)；
[0025] 接著，以系統(tǒng)的電壓增益E與負(fù)載無關(guān)、系統(tǒng)輸入阻抗為純阻性、系統(tǒng)效率最大化 為目標(biāo)確定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移參數(shù)矩陣A，
V。為負(fù)載所需的輸出電壓；
[0026] 然后，選取并聯(lián)在非接觸式變壓器原邊的電容作為原邊補償電路，采用參數(shù)滿足：
的T型網(wǎng)絡(luò)或者參數(shù)滿足：
的Π 型網(wǎng) 絡(luò)作為副邊補償電路，ω為工作角頻率，，CP為原邊補償電路的電容值，LP、Ls分別 為非接觸式變壓器原邊繞組、副邊繞組的電感值，Μ為非接觸式變壓器原副邊繞組的互感 值，分別為Τ型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，參數(shù)為的器件的一端并接在一起，參數(shù)為叾:的器 件的另一端和參數(shù)為Z2的器件的另一端構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)的一個端口，參數(shù)為Z 3的器件的另一端 和參數(shù)為22的器件的另一端構(gòu)成T型網(wǎng)絡(luò)的另一個端口，ZA、Z B、ZC分別為Π 型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，參 數(shù)為ZA的器件的一端和參數(shù)為