[发明专利]一种容性无线电能传输系统高阶补偿网络的合成方法

说明书

本发明提供了一种容性无线电能传输系统高阶补偿网络的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将容性无线电能传输系统分解为成原边谐振网络、感应电压源以及副边谐振网络；或者将容性无线电能传输系统分解成原边谐振网络、感应电流源以及副边谐振网络；合成原边网络电路模型或副边网络电路模型，并对模型进行筛选；基于筛选出的原边网络电路模型或副边网络电路模型构建容性无线电能传输系统。通过本发明提供的方法可以得到完整且系统地得到满足耦合无关性谐振、负载无关性输出且具有反射阻抗纯阻性的高阶补偿网络，为所有补偿网络提供设计指导。

技术领域

本发明涉及一种容性无线电能传输系统高阶补偿网络的合成方法，属于恒压输出的容性无线充电系统的技术领域。

背景技术

无线充电作为一种非接触式供电方案，在便携电子设备、可植入医疗器械、电动汽车等诸多领域取得了广泛应用。基于感性的无线电能技术和基于容性的无线电能传输技术是两种最有潜力的近距离无线充电技术解决方案。

近年来，感性无线电能传输技术在工业和学术领域得到迅猛发展。但是感性无线电能传输技术天生对金属物体敏感，当周围金属物体存在时，会产生涡流，显著降低系统效率。容性电能传输则不存在上述问题，但目前针对基于容性电能传输系统的研究较少，市场上基于此原理的无线充电产品则处于接近空白的阶段。

从系统可控性的角度考虑，期望容性电能传输系统补偿网络的谐振频率不随耦合器耦合情况的变化而变化，即耦合无关性谐振；也希望补偿网络具有恒压或者恒流输出的能力，即负载无关性输出。同时，为了减小元件的电压电流应力，提高系统效率，补偿网络需要具有反射阻抗纯阻性的特点。

发明内容

本发明的目的是：提供一种完整且系统地满足容性电能传输系统要求的补偿网络的合成方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种容性无线电能传输系统高阶补偿网络的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将容性无线电能传输系统分解为DC电源、逆变器、原边补偿网络、容性耦合器、副边补偿网络、整流器和负载，获得容性耦合器的六电容模型，将六电容模型转换成感应电流源模型或者将六电容模型转换成感应电压源模型；

步骤2、利用感应电压源模型进一步将容性无线电能传输系统分解成原边谐振网络、感应电压源以及副边谐振网络；将原边谐振网络与感应电压源的原边等效串联电容进一步定义为原边网络，副边谐振网络与感应电压源的副边等效串联电容进一步定义为副边网络，则原边网络与副边网络的电路结构相同；

或者利用感应电流源模型进一步将容性无线电能传输系统分解成原边谐振网络、感应电流源以及副边谐振网络；将原边谐振网络与感应电流源的原边等效并联电容进一步定义为原边网络，副边谐振网络与感应电流源的副边等效并联电容进一步定义为副边网络，则原边网络与副边网络的电路结构相同；

步骤3、合成原边网络电路模型或副边网络电路模型：

对于N阶补偿网络，N≥2：采用感应电压源的原边网络电路模型或副边网络电路模型由N-1个等效电容和/或等效电感串/并联形成的串/并联电路及原边等效串联电容或副边等效串联电容组成，串/并联电路与原边等效串联电容或副边等效串联电容相连；采用感应电流源的原边网络电路模型或副边网络电路模型由 N-1个等效电容和/或等效电感串/并联形成的串/并联电路及原边等效并联电容或副边等效并联电容组成，串/并联电路与原边等效并联电容或副边等效并联电容相连；则获得多个原边网络电路模型或副边网络电路模型；