[发明专利]一种恒流恒压自主切换的无线充电系统

权利要求书

1.一种恒流恒压自主切换的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括直流电流源、串-串补偿拓扑的磁耦合感应式电能传输变换器、基于耦合电感的钳位辅助电路、电池负载以及滤波电容，其中，所述串-串补偿拓扑的磁耦合感应式电能传输变换器包括高频全桥逆变电路、原边串联补偿网络、耦合电感原边补偿网络、耦合电感原边线圈L₃、两线圈松耦合单元、副边串联补偿网络以及全桥整流滤波电路；所述直流电流源的输入、输出端分别与高频全桥逆变电路的输入、输出端连接；所述原边串联补偿网络包括原边补偿电容C₁，原边补偿电容C₁的一端与高频全桥逆变电路的一桥臂连接，原边补偿电容C₁的另一端与两线圈松耦合单元的原边线圈L₁的一端连接，两线圈松耦合单元的原边线圈L₁的另一端与耦合电感原边线圈L₃一端连接，所述耦合电感原边补偿网络包括原边补偿电容C₃，耦合电感原边线圈L₃的另一端与耦合电感原边补偿网络的原边补偿电容C₃，原边补偿电容C₃与高频全桥逆变电路的另一桥臂连接；

所述基于耦合电感的钳位辅助电路包括钳位副边耦合电感补偿网络、耦合电感副边线圈L₄和钳位全桥整流电路，所述钳位副边耦合电感补偿网络包括副边补偿电容C₄，副边补偿电容C₄的一端与耦合电感副边线圈L₄的一端连接，副边补偿电容C₄的另一段与钳位全桥整流电路的一桥臂连接；耦合电感副边线圈L₄的另一端与钳位全桥整流电路的另一桥臂连接；

所述副边串联补偿网络包括副边补偿电容C₂，副边补偿电容C₂的一端与两线圈松耦合单元的副边线圈的一端连接，副边补偿电容C₂的另一端与全桥整流滤波电路的一桥臂连接；两线圈松耦合单元的副边线圈的另一端与全桥整流滤波电路的另一桥臂连接；所述滤波电容与电池负载并联接在全桥整流滤波电路的输入、输出端

无线充电系统的回路方程如下式，其中V₁、V₂、V₄、I₁、I₂、I₄分别为高频全桥逆变电路输出电压v₁及输出电流i₁、全桥整流滤波电路输入电压v₂及输入电流i₂、钳位全桥整流电路输入端电压v₄及输入电流i₄的基波向量，其矩阵表达式满足以下公式：

其中，M₁₂为两线圈松耦合单元的原、副边线圈的互感值，M₃₄为耦合电感的原副边线圈之间的互感值，ω为谐振工作角频率。

2.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自主切换的无线充电系统，其特征在于，为消除无线充电系统的无功功率损耗，提高充电效率，所述无线充电系统在谐振情况下工作，无线充电系统的谐振工作角频率由下式决定：在谐振工作角频率ω下，原边补偿电容C1的电容值具有如下关系：/副边补偿电容C2的电容值具有如下关系：/原边补偿电容C₃的电容值具有如下关系：副边补偿电容C4的电容值具有如下关系：/

3.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自主切换的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统在启动工作后，耦合电感副边线圈L₄的两端存在感应电压v₄，但此时感应电压|v₄|≤V_IN，V_IN为无线充电系统输入直流电压，钳位辅助电路不导通，耦合电感副边线圈L₄的电流i₄为零，所述无线充电系统具有恒流输出；当所述无线充电系统进入恒流充电阶段，此时电池负载的充电电流为：耦合电感副边线圈L₄的两端的感应电压v₄为：/RL为电池负载输入阻抗，M₁₂为两线圈松耦合单元的原、副边线圈的互感值，M₃₄为耦合电感的互感值。