[发明专利]双边LCLC型CPT系统工作频率点选择及极板电压优化方法

说明书

本发明公开了双边LCLC型CPT系统工作频率点选择及极板电压优化方法，属于无线电能传输的技术领域。系统包括：高频全桥逆变电路、包含原边补偿电感和原边补偿电容的原边LCLC补偿网络、包含两块发射极板和两块接收极板的耦合电容板、包含副边补偿电感和副边补偿电容的副边LCLC补偿网络、全桥整流滤波电路。本申请推导出双边LCLC型CPT系统能够实现恒流输出的多个频率点，以减小系统体积为目的选择最优工作频率点，提高了系统输出增益，拓宽了系统连续工作模式下的负载范围；当系统工作在最优频率点时，本申请通过设置补偿网络的参数实现了耦合极板电压应力的降低、电路近似零无功环流和开关器件的软开关，提高无线电能传输系统的效率及可靠性、减少成本。

技术领域

本发明公开了双边LCLC型CPT系统工作频率点选择及极板电压优化方法，属于无线电能传输的技术领域，适用于如LED供电和电池充电等需要恒定电流输出的应用场合。

背景技术

目前，国内对于无线电能传输(WPT，Wireless Power Transmission)技术的研究主要集中在磁场耦合方式。与磁场耦合相对偶的工作方式电场耦合以高频电场作为能量载体，高频交流电作用在发射极板上时，发射极板与接收极板间形成交互电场进而产生位移电流，实现了极板间的能量传输，具有可穿越金属隔离层、电磁辐射低、体积小等优点。

为提高系统的传输距离和功率等级，需要对电场耦合式无线电能传输系统的(CPT，Capacitive Power Transmission)耦合极板进行补偿。目前，主要的补偿方式有双边LC型补偿网络、LCL型补偿网络及LCLC型补偿网络等。此类补偿网络均通过补偿电容、电感谐振来实现系统传输功率等级的提升，其中，双边LCLC型补偿网络由于其极高的设计灵活度成为当前研究的热点。

由于耦合极板的等效耦合电容值多为pF级别，电路谐振往往会在耦合极板上泵升出极大的电压，极易引发空气击穿及电场泄露等问题，大大削弱了CPT系统的安全性和可靠性，加大了电路设计难度，提高了系统的成本。与此同时，采用传统的参数设计方法所设计的双边LCLC型CPT电路，由于其输出特性的限制，极易出现电流断续的情况。双边LCLC型补偿网络包含4个补偿电容及4个补偿电感，结构复杂，系统体积大，增加了分析的复杂度，限制了其应用和进一步发展。

本发明旨在优化双边LCLC型CPT系统性能，通过最优的工作频率点的选择及补偿网络参数设计，以实现在保证输出负载所需恒流和输入零无功的前提下减小耦合极板电压应力、拓宽连续工作模式下负载范围，减小系统体积的发明目的。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了双边LCLC型CPT系统工作频率点选择及极板电压优化方法，在保证输出系统所需恒流和输入零无功的前提下，选取了提高系统输出增益并拓宽系统连续工作模式下负载范围的最优工作频率点，基于选择的最优工作频率点调整补偿网络参数实现了耦合极板的电压应力的减小，解决了现有双边LCLC型补偿网络的耦合极板电压应力大、连续工作模式下负载范围小、系统体积过大的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本申请提供了双边LCLC型CPT系统工作的频率点选择方法及极板电压优化方法。