[发明专利]一种恒流恒压自主切换的无线充电系统

说明书

本发明公开了一种恒流恒压自主切换的无线充电系统，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以及电池负载。该无线充电系统不依赖于主动式控制，无需额外的通信模块和检测装置，即可自主切换恒流/恒压输出，结构简单，操作方便。该无线充电系统工作频率固定，不会出现频率分叉现象，稳定可靠。该无线充电系统的输入相位角保持为零，不仅减少开关器件伏安容量，节约器件成本，也避免无功环流造成的能量损耗，提高充电效率。此外，该无线充电系统还具备电池负载开路或接收侧电路移除时避免原方线圈过流保护的功能。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种恒流恒压自主切换的无线充电系统。

背景技术

磁耦合感应式无线电能传输技术(Magnetically-Coupled Inductive WirelessPower Transfer,MCI-WPT)，是一种无需导线连接的磁耦合方式将电能传输的技术。该技术安全、高效、灵活方便，无需传统的直接电气连接和机械插拔。因此，被人们认为极具前景的技术，并受到科学家的广泛关注研究。目前，MCI-WPT在可植入医疗设备、消费电子产品、电动汽车、水下作业等领域得到广泛应用，且优势明显。而这些领域的运用主要是对电池充电。电池的充电过程主要经历恒流充电、恒压充电两个阶段，从而提高充电过程的安全性和电池的使用寿命。

因此，MCI-WPT电池充电系统需实现不受负载影响的恒流和恒压输出来达到电池充电阶段要求。目前解决恒流恒压模式切换的方法主要有：复合拓扑、改变耦合线圈的位置角度和频率控制。对于复合拓扑技术而言，由于单个简单补偿网络在输入零无功频率点下，难以同时实现与负载无关的恒流和恒压输出。对于频率控制而言，有研究者采用如LCC-LCC的高阶补偿网络，通过频率控制，可实现先恒流后恒压的输出。但设计机构复杂，器件众多和精度低。无论是复合拓扑、改变耦合线圈的位置角度还是频率控制方式，原副边均需检测反馈和通信模块，增加了系统的成本与复杂程度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种恒流恒压自主切换的无线充电系统。该无线充电系统不依赖于主动式控制，无需额外的通信模块和检测装置，即可自主切换恒流/恒压输出，结构简单，操作方便。该无线充电系统工作频率固定，不会出现频率分叉现象，稳定可靠。该无线充电系统的输入相位角保持为零，不仅减少开关器件伏安容量，节约器件成本，也避免无功环流造成的能量损耗，提高充电效率。此外，该无线充电系统还具备电池负载开路或接收侧电路移除时避免原方线圈过流保护的功能。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种恒流恒压自主切换的无线充电系统，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，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；