[发明专利]基于双侧LC网络的ECPT系统及其参数设计方法

说明书

本发明提供了一种基于双侧LC网络的ECPT系统，在系统的发射端应用并联型LC网络，将全桥逆变电路的输出电压提升至耦合机构所需的高压值，在系统的接收端应用串联型LC网络，将输出阻值进行阻抗变换，达到在相同耦合机构激励电压条件下，系统的传输功率和效率更高，并在此基础上提出了该系统的参数设计方法；在相同的传输功率前提下，本发明与现有的高阶ECPT系统相比，系统的传输效率更高和参数敏感性更低。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于双侧LC网络的ECPT系统及其参数设计方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术借助磁场、电场、微波、声波等介质作为能量载体来传输电能，目前已经受到国内专家学者的广泛关注，并在电动车、家用电器、医疗器械、水下探测、智能家居等多个领域取得了诸多成果。

ECPT(Electric-field Coupled Power Transfer)，又称为CPT(CapacitivePower Transfer)、CCPT(Capacitively Coupled Power Transfer)系统是一种以金属极板作为耦合机构，高频电场为能量载体的无线电能传输方式。系统的耦合机构可以采用轻薄的铜箔或铝箔来构成，因此具有轻便、对周围导体不会产生涡流损耗、电磁兼容性较好等诸多优点，在电动车充/供电、便携式电子产品充电，LED照明等诸多领域有很好的应用前景。目前国内外的专家学者在ECPT系统的高频逆变器设计、耦合机构的补偿、输出稳压控制、谐振拓扑、能量与信号并行传输、传输间距扩增等方面已获得了众多的研究成果。在传输距离提升方面，现有的ECPT系统已经取得了较大的突破，然而大多数系统存在拓扑结构复杂以及传输特性对参数变化较敏感的问题。

发明内容

本申请通过提供一种基于双侧LC网络的ECPT系统及其参数设计方法，以解决现有技术中高阶ECPT系统中的多个谐振元件所造成的拓扑复杂以及参数敏感的技术问题，在相同输出功率条件下，所提供系统的传输效率比现有高阶系统更高。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种基于双侧LC网络的ECPT系统，包括直流电源、全桥逆变电路、并联型LC网络、由两对耦合极板构成的电场耦合结构、串联型LC网络、整流滤波电路以及负载，其中，所述直流电源连接所述全桥逆变电路，为所述全桥逆变电路提供直流电，所述并联型LC网络由谐振电感L₁与谐振电容C₁构成，所述谐振电感L₁的一端连接所述全桥逆变网络的第一输出端，所述谐振电感L₁的另一端通过所述谐振电容C₁连接所述全桥逆变网络的第二输出端，在所述谐振电容C₁的两端各自连接有一块发射极板，所述串联型LC网络由谐振电感L₂与谐振电容C₂构成，在所述谐振电容C₂的两端各自连接有一块接收极板，发射极板与接收极板一一对应耦合实现能量无线传输，所述谐振电容C₂的一端通过所述谐振电感L₂连接所述整流滤波电路的第一输入端，所述谐振电容C₂的另一端连接所述整流滤波电路的第二输入端，在所述整流滤波电路的两个输出端之间连接所述负载。

为了减小电感的电磁干扰、体积与重量，所述谐振电感L₁、谐振电感L₂均采用磁芯绕制。

一种基于双侧LC网络的ECPT系统的参数设计方法，包括如下步骤：

S1：按权利要求1所述的电路拓扑结构构建一种基于双侧LC网络的ECPT系统，设定负载阻值R_L、输出功率P_out、系统运行频率f以及耦合机构等效电容C_s；

S2：计算所述串联型LC网络的效率η₂；