[发明专利]一种恒流-恒压副边自动切换电路及谐振式无线电能传输系统

说明书

本发明公开了一种恒流‑恒压副边自动切换电路及谐振式无线电能传输系统，系统可以根据电池的充电状态来切换不同的充电方式，以即实现系统的恒流或恒压输出。通常在电池充电初期，系统通过恒流的方式进行充电以实现快速充电，而在充电末期，为了保护电路，需要以恒压的方式进行充电。相较于现有的无线电能传输恒压或恒流输出，本发明的补偿拓扑结构不仅免去了原边与副边的通信，而且在控制方面也得到了简化，提高了无线电能传输系统的稳定性和安全性。在结构方面，与现有的补偿拓扑相比，此补偿拓扑不仅减小了无功功率，而且在传输功效方面也得到了显著的提高，两种补偿拓扑的切换克服单一补偿拓扑输出的局限性，扩展了无线电能传输的适用范围。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种恒流-恒压副边自动切换电路及一种基于磁耦合谐振的新型无线电能传输系统，可以通过改变副边的补偿拓扑结构从而实现不同的特性输出。

背景技术

近年来随着社会的发展，电能的传输在经济发展中扮演着举足轻重的角色，与传统的输电方式相比，无线电能传输技术不但能够摆脱导线的束缚，而且传输的过程更加方便、安全，因此近年来受到了广泛的关注。其中磁耦合谐振式无线电能传输技术与其他的无线电能传输技术(感应式无线电能传输、激光式无线电能传输、微波辐射式无线电能传输)相比，在传输距离和功效等方面具有其独特的优越性，因此成为现阶段研究的热点。

在无线电能传输系统中，传输到副边的电能通常会被储存在电池中，而电池的充电过程主要包括以下三个阶段，即预充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段。在恒流充电阶段，电池的电能会迅速的提升从而实现快速充电的目的，而在充电过程的末期则需要进行恒压充电，以此来提高充电过程的安全性和电池的使用寿命。预充电阶段相较于整个充电过程是非常短暂的，因此如何实现系统的恒流或恒压输出对其实际应用至关重要。目前主要的补偿拓扑结构有串联-串联(SS)、串联-并联(SP)、并联-串联(PS)、并联-并联(PP)四种基本的形式，每种结构都有其不同的特点，因此在应用中根据相应的需求来选择不同的结构。

现阶段实现恒流或恒压输出，主要通过以下方式即改变输入电流、调节工作频率、改变耦合线圈的位置及角度等来实现。但不管通过哪些方式来实现恒流或恒压的输出都涉及到原边与副边的通信问题，在高频高磁的环境下，通信模块的加入在一定程度上增加了系统的复杂性，降低了系统的稳定性。所以如何在原边与副边无通信的情况下，实现无线电能传输系统的恒流/恒压输出对其实际应用具有重要的意义。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种具有恒流-恒压输出特性的新型补偿拓扑结构即LCC-S/P，在此系统中通过改变副边拓扑补偿来实现上述目的，从而改变了单一的补偿拓扑对输出特性的限制。此结构不仅简单方便而且也免去了原边与副边的通信，在一定程度上提高了系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种恒流-恒压副边自动切换电路，包括原边侧补偿电路、耦合装置和副边侧补偿切换电路，原边侧补偿电路与副边侧补偿切换电路通过耦合装置实现无线电能的传输。

上述方案中，所述原边侧补偿电路中，串联电感L₁与并联电容C₁构成原边串联谐振腔，并联电容C₁与串联电容C₂和发射线圈等效电感L₂的串联支路构成原边并联谐振腔。

上述方案中，所述副边侧补偿切换电路中，接收线圈等效电感L₃与并联电容C₃构成副边并联谐振腔。

上述方案中，所述副边侧补偿切换电路设有开关S1和S2，当S1、S2同时闭合到端点2、2′时，系统为恒流输出，当开关S1、S2同时闭合到端点1、1′时，系统为恒压输出。