[发明专利]基于LCL-LCC补偿网络的恒压恒流WPT系统及其参数设计方法

说明书

本发明提供了一种基于LCL‑LCC补偿网络的恒压恒流WPT系统及其参数设计方法，系统原边电路包括高频逆变电路和LCL补偿网络，副边电路包括LCC补偿网络和负载，原边电路采用恒流输出，副边电路采用恒压输出，发射线圈L_p2和接收线圈L_s相互耦合实现无线电能传输。这种新型电路拓扑，相对传统无线电能传输系统减少调压环节，降低了系统复杂度，在WPT系统设计中，为了提高系统带负载能力，当负载切入、切出及变化时，通常要求系统输出给负载的电压近似恒定，通过实验验证，上述系统在负载变化50％的情况下仍能够满足原边线圈恒流，副边负载电压恒定的要求，符合实际应用需要。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种基于LCL-LCC补偿网络的恒压恒流WPT系统及其参数设计方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术作为一种新型的电能接入方式，摆脱了导线的束缚，使电能的接入更加灵活、安全、方便，因此，在家用电器、电动汽车、生物医电、轨道交通等非接触充电领域，及矿井及水下等危险环境的无线供电领域得到了运用。

在无线电能传输系统中，发射线圈中电流的恒定意味着能够产生稳定的磁场，副边电路才能拾取到稳定的电压，有利于电能在后级电路结构中传输的控制。然而，副边电路中的负载的动态变化会导致电路当中的电压、电流不稳定。在目前实际的电路当中通过加入调压电路(Buck/Boost)来实现电路的稳定工作，调压电路的加入增加电路的复杂度，增加了电路控制难度，还增加了电路的能量损耗。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明采用LCL—LCC的拓扑结构，旨在减少系统中电路环节，减少电路控制复杂度，保证在负载变化的情况下发射线圈上的电流恒定，副边负载电压恒定，从而实现电路稳定工作，对系统稳定工作有着重大的意义和价值。

为实现上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现：

首先，提出一种基于LCL-LCC补偿网络的恒压恒流WPT系统，其关键在于：原边电路包括高频逆变电路和LCL补偿网络，副边电路包括LCC补偿网络和负载；

所述LCL补偿网络包括电感L_p1、电容C_p以及发射线圈L_p2，电容C_p和发射线圈L_p2构成原边并联谐振回路，电感L_p1串接在原边并联谐振回路任意一端输入干线上；

所述LCC补偿网络包括接收线圈L_s、电容C_s1以及电容C_s2，接收线圈L_s和电容C_s2构成副边并联谐振回路，电容C_s1串接在副边并联谐振回路任意一端输出干线上；

所述原边电路采用恒流输出，所述副边电路采用恒压输出，所述发射线圈L_p2和接收线圈L_s相互耦合实现无线电能传输。

进一步地，发射线圈L_p2与接收线圈L_s之间的互感值保持恒定。

进一步地，副边电路工作频率其中L_s为接收线圈L_s的自感值，C_s1为电容C_s1的容抗值，C_s2为电容C_s2的容抗值。

进一步地，原边电路工作频率其中L_p1为电感L_p1的自感值，且与发射线圈L_p2的自感值相同，C_p为电容C_p的容抗值。