[发明专利]一种ECPT系统中实现负载软切换的参数设计方法

摘要

本发明公开了一种ECPT系统中实现负载软切换的参数设计方法，针对负载投入‑移除使得电场耦合无线电能传输系统的拓扑结构发生改变，通常会对开关管造成较大的电压电流冲击甚至损坏，使得系统无法正常工作这一问题，围绕基于E类变换器的ECPT系统的基本特性分析，利用负载移除前后系统的等效电路形式基本一致的特点，给出了实现系统负载软切换需具备的条件，并提出了一种参数设计方法使得系统在固定的工作频率下即可实现负载的软切换。最后利用该方法得到了一组参数，在MATLAB仿真平台下构建了系统的仿真模型并搭建了实验电路，仿真和实验结果验证了该方法的可行性。

主权项

1.一种ECPT系统中实现负载软切换的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：选定基于E类变换器的ECPT系统拓扑结构，其原边电路主要由直流电源、扼流电感、MOSFET开关管、调谐电感、调谐电感前端旁路电容、调谐电感后端调谐电容以及耦合机构中的两块发射极板构成；步骤2：选定系统参数VI、Lf、QL和R，其中VI为直流电源电压，Lf为扼流电感值，QL为品质因数，R为负载电阻；步骤3：设定初始参数f、Cs，其中f为系统带负载时的运行频率，Cs为耦合机构的等效电容；步骤4：根据步骤3所设定的初始参数以及电路各参数之间的关系计算系统主要参数Rs,C1,C2以及L，其中Rs为负载R经过串并联等效互换后的等效串联电阻，C1为调谐电感前端旁路电容的容值，C2为调谐电感后端调谐电容的容值，L为调谐电感的感值；步骤5：计算R_smax和f_o1空载，R_smax为等效串联电阻R_s随负载电阻R的变化曲线中最佳工作点的等效电阻值，R_s的表达式为：δ为预设阈值；f_o1空载表示负载移除后开关管导通时谐振回路的固有谐振频率，其表达式为：步骤6：判断是否满足负载限制条件|Rs‑Rsmax|＜δ，如果满足进入步骤7，否则返回步骤3调整参数f和Cs；步骤7：判断是否满足频率限制条件fo1空载＜f，如果满足进入步骤8，否则返回步骤3调整参数f和Cs；步骤8：给出满足负载软切换要求的系统参数C1,C2,L,f和Cs；步骤4中先将负载电阻R进行串并联等效互换，先将串联阻抗变换为并联阻抗，然后再将并联阻抗变换为串联阻抗，使其得到E类变换器的基本电路形式，最后按照以下关系式可以得到参数Rs,C1,C2以及L；上式中，表示耦合机构的等效容抗，表示调谐电感后端调谐电容的等效容抗，ω＝2πf。