[发明专利]低压大电流三级式可拓展无线电能传输电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种低压大电流三级式可拓展无线电能传输电路及控制方法，所述功率传输电路包括：输入级、线圈级和输出级，其中：所述输入级，包括多个逆变模块和对应的输入变压器模块；所述线圈级，包括线圈模块和对应的线圈补偿网络；所述输出级，包括多个整流模块和对应的输出变压器模块。采用上述技术方案，可以实现高距径比、低压大电流场合下的大功率传输，有效降低开关器件电流应力，提高电路可靠性、扩展性和通用性，同侧线圈模块的耦合不影响系统功率传输，无需考虑并联线圈模块的交叉耦合问题，输入变压器模块和输出变压器模块不仅可以实现电气隔离和电压增益调节，还能实现输入级逆变模块和输出级整流模块自然均流。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，尤其涉及一种低压大电流三级式可拓展无线电能传输电路及控制方法。

背景技术

电力器件和电子技术的飞速发展推动着新能源的迅速普及。近年来，新能源汽车、多电飞机以及全电飞机的发展也使得电力应用领域衍生出诸多新型架构和理论。无线电能传输作为一种新兴电能传输方式，凭借其安全、便捷等优势成为研究热点，采用无线方式供电来取代传统有线方式将会大幅改善供电系统的灵活性和可靠性。

在低压大电流无线供电场合，输入侧和输出侧器件电流应力高，这给器件选型以及系统可靠性带来挑战。为了减小线圈尺寸、增加传输距离，应尽可能提高线圈的距径比(传输距离与线圈最大边长或直径的比值)。但在距径比较高时，线圈间的耦合系数和线圈级电压增益低，进行大功率传输时线圈及其补偿元件的电压电流应力以及线圈支路导通损耗高，效率和可靠性低，参数难以优化设计。

发明内容

发明目的：本发明提供一种低压大电流三级式可拓展无线电能传输电路及控制方法，多模块并联无线电能传输电路架构可以实现高距径比、低压大电流场合下的大功率传输，输入级和输出级采用多模块并联可以有效降低开关器件电流应力，模块化设计有效提高了电路可靠性、扩展性和通用性；线圈级多模块并联可以有效减小线圈及其补偿元件的电压电流应力，便于线圈参数设计，提高了效率，并且线圈级的并联结构使得同侧线圈模块的耦合不影响系统功率传输，因此无需考虑并联线圈模块的交叉耦合问题；输入级变压器模块和输出级变压器模块不仅可以实现电气隔离和电压增益调节，还能实现输入级逆变模块和输出级整流模块自然均流。

技术方案：本发明提供一种低压大电流三级式可拓展无线电能传输电路，包括：输入级、线圈级和输出级，其中：所述输入级，包括多个逆变模块和对应的多个输入变压器模块；每个逆变模块分别与电压输入端和对应的输入变压器模块输入侧连接，输入变压器模块在输出侧串联；所述线圈级，包括线圈级发射侧的发射线圈模块和对应的发射线圈补偿网络，以及线圈级接收侧的接收线圈模块和对应的接收线圈补偿网络，所述发射线圈模块包括多层发射线圈，所述发射线圈补偿网络包括谐振腔和与每层发射线圈对应的发射补偿电容，所述接收线圈模块包括多层接收线圈，所述接收线圈补偿网络包括与每层接收线圈对应的接收补偿电容；每层发射线圈的一端与对应的发射补偿电容串联后并联于第一发射连接点，每层发射线圈的另一端连接于第二发射连接点，第一发射连接点和第二发射连接点与所述谐振腔连接，所述谐振腔与串联后的输入变压器模块输出侧的两端连接；每层接收线圈的一端与对应的接收补偿电容串联后并联于第一接收连接点，每层发射线圈的另一端连接于第二接收连接点，第一接收连接点和第二接收连接点分别与串联后的输出变压器模块输入侧的两端连接；所述输出级，包括多个整流模块和对应的多个输出变压器模块；每个整流模块分别与电压输出端和对应的输出变压器模块输出侧连接，输出变压器模块在输入侧串联。

具体的，所述公共LC谐振腔包括谐振电感和谐振电容，所述谐振电容的两端分别于第一发射连接点和第二发射连接点连接，所述谐振电感的一端与串联后的输入变压器模块输出侧的一端连接，所述谐振电感的另一端与第一发射连接点连接。

具体的，发射线圈和接收线圈采用方形平面线圈。

具体的，发射线圈和接收线圈采用利兹线，绕制方式为从最外匝向内绕制。

具体的，在发射线圈和接收线圈的最外层铺设磁芯。