[发明专利]基于T-Π复合谐振网络ECPT系统及其参数设计方法

说明书

本发明提供了一种基于T‑Π复合谐振网络ECPT系统及其参数设计方法，在发射单元中设置T‑LCL谐振网络为耦合单元提供恒流激励，在接收单元中设置Π‑CLC谐振网络实现恒定电压输出，在分析全谐波畸变率、频率敏感性及负载可变范围的基础上给出了系统参数设计方法，该发明实现了当负载阻值在一定范围内变化时，输出电压基本保持恒定，同时保证系统运行在ZPA状态，无需额外增加通信和调节控制电路，有效降低了系统的成本与复杂度。

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T-Π复合谐振网络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、超声波等介质作为能量载体来传输电能，该技术已经受到国内专家学者的广泛关注，目前已在电动车、家用电器、医疗器械、水下探测器、智能家居等应用领域展开研究，并取得了诸多成果。ECPT(Electric-field Coupled Power Transfer)，又称为CPT(Capacitive PowerTransfer)、CCPT(Capacitively Coupled Power Transfer)。该技术的耦合单元轻便成本低且柔韧性好，并具有对周围金属导体不会产生涡流损耗以及电磁兼容性较好等诸多优点，因此在电动车充/供电、便携式电子产品，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、耦合单元的补偿、输出稳压控制、能量与信号同步传输、谐振拓扑、传输间距扩增等方面已获得了众多的研究成果。

在ECPT系统的应用中，许多电设备要求其输入电压不随着负载的变化而发生大的改变。纵观现有的具有恒压输出特性的ECPT系统，其中一部分系统需要设置额外的检测与控制电路来调节输出电压；另一部分系统则需要高频变压器进行阻抗变换，系统的电路结构较为复杂且成本较高。另外，当负载发生变化时，现有ECPT系统的发射端谐振电路并不能工作在ZPA状态(Zero Phase Angle，ZPA)，从而造成系统的功率因数减小且逆变器的软切换频率发生漂移。

发明内容

本申请通过提供一种基于T-Π复合谐振网络ECPT系统及其参数设计方法，以解决现有技术中为了获得恒压输出特性而导致的系统电路结构复杂、成本高的问题，以及发射端谐振电路不能工作在ZPA状态而造成系统的功率因数减小且逆变器的软切换频率发生漂移的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：