【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电能传输，特别是一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构及其参数构建方法。
技术介绍
1、感应式无线电能传输技术可以实现设备的无线充电，摆脱了传统有线充电方式的限制，此外还可以得到减少与电源线相关的危险，如电线断裂、短路或触电等风险。传统有线充电可能会因为接头松动或者电线老化造成电池爆炸或电击伤害，而无线充电技术可以避免这些问题，提高了整体的安全性。ipt（inductive power transfer，感应电能传输）技术已在智能手机和平板电脑等消费电子产品、电动车辆、医疗设备、家居和办公环境中的各种设备、工业自动化中的机器人和自动化设备等领域有着广泛的应用前景。
2、目前，ipt（inductive power transfer，感应电能传输）技术在电动汽车无线充电方面广泛应用，其便捷的充电方式，高安全性、较低维护成本及促进城市发展等好处为其大规模应用提供了契机，对于新能源电动汽车的推广发挥着至关重要的作用。然而给电动汽车电池充电是一个重要的问题，为了满足电动汽车在充电时具有良好的充电环境，需要恒定电压和恒定电流输出特性。由于感应式无线电能传输系统的输出特性受其补偿方式、工作频率及负载状态影响，而电池的等效电阻随着充电过程不断增长，加上发射线圈与接收线圈不可避免的偏移对充电过程中恒压或恒流的影响，因此，如何确保感应式无线电能传输系统输出特性能在和恒压、恒流稳定充电是电动汽车充电的关键问题。在过去的几十年里，许多基于各种控制策略的ipt（inductive power transfer，感应电能传输）系统
3、1）dc-dc（direct current-direct current，直流-直流）转换器；
4、2）psm（pulse skip modulation，脉冲跨周期调制）；
5、3）vfc（variable frequency control，变频控制）；
6、首先，对于dc-dc（direct current-direct current，直流-直流）转换器的方法，这种方法虽然可以实现恒压或恒流充电，但是由于开关损耗的原因，对效率会有一定的影响。其次，相移控制方法，调整范围太宽，无法实现zvs（zero voltage switching，零电压开关）和zpa（zero phase angle，零相角）。最后，利用pfm（pulse frequency modulation，脉冲频率调制）控制可以引起频率分岔现象，使系统不稳定。以上的方法在一定程度上可以解决问题，但是或多或少有些许缺陷。
7、本课题组此前公开的专利202210847057.x一种用于电动汽车无线充电实现恒流恒压的集成式补偿结构，包括稳压直流电源、全桥逆变电路、原边补偿结构、原边发射线圈、副边接收线圈、副边补偿结构、整流滤波电路和负载。通过开关关断对不同谐振器件的选择，组合成两种补偿结构，第一补偿结构具有负载无关的恒流输出特性，第二补偿结构具有负载无关的恒压输出特性，通过开关在恒压与恒流模式之间灵活切换。该专利技术可以实现恒压与恒流充电，但是其部分谐振器件比如电容，其参数值受到变化的互感的影响，这会导致一旦接收线圈发生偏移时引发互感变化，理论电容值与实际电容值不相同，从而使得系统达不到理想的状态。因此，需要找到一个既可以满足zpa为0，还可以实现恒压或恒流充电，并且谐振器件的参数选择不受变化的互感的影响，在以上的基础上还要实现当发射线圈与接收线圈发生偏移时电压与电流波动小的一套补偿系统。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构及其参数构建方法，无需复杂控制策略和额外器件，可以在零相角输入(zpa)条件下实现负载无关的输出电流(cc)和负载无关的输出电压（cv)，并且当发射线圈与接收线圈发生偏移时的输出电压和输出电流与对准时的输出电压和输出电流相差不大。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，包括稳压直流电源，稳压直流电源串联同步整流电路，同步整流电路提供高频交流电给全桥逆变电路，全桥逆变电路将电源输送给原边发射电路，原边发射电路包括串联在一起的原边补偿结构和原边发射线圈，副边接收线圈与副边补偿结构串联组成副边接收电路，副边接收电路通过副边接收线圈与原边发射电路的原边发射线圈和原边补偿结构的原边串联补偿线圈 l1电磁耦合，副边接收电路为等效负载提供输出电压或输出电流，等效负载为整流滤波电路和负载串联等效的负载，原边补偿结构和副边补偿结构均串并联有补偿电容，副边补偿结构还附加电感。
3、优选的方案中，所述稳压直流电源与同步整流电路串联，实现将直流电转换成结构所需大小的直流电，全桥逆变电路串联到同步整流电路的输出端，全桥逆变电路的输出端给由原边补偿结构和原边发射线圈组成的原边发射电路提供电源；副边接收电路通过副边接收线圈与原边发射线圈电磁耦合。
4、优选的方案中，所述原边发射线圈一端与原边补偿结构相连，原边补偿结构由原边串联补偿电容c1和原边串联补偿线圈l1串联组成，原边补偿结构的另一端与全桥逆变电路交流侧的另一端相连。
5、优选的方案中，所述副边接收线圈一端与副边串联补偿电容c3以及集成到耦合结构的附加电感l4串联后与整流滤波电路的等效负载的一端相连，副边接收线圈的另一端与整流滤波电路的等效负载的另一端相连。
6、优选的方案中，所述集成到耦合结构的附加电感l4并联有第二支路，第二支路为第二开关k2，副边接收线圈与副边串联补偿电容c3串联后，并联有第三支路，第三支路包括串联的副边并联补偿电容c4及第三开关k3。
7、优选的方案中，所述整流滤波电路与负载连接，副边串联补偿电容c3并联有第一支路，第一支路包括串联的并联补偿电容c5及第一开关k1，第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3切换过程是通过mos（positive channel metal oxide semiconductor，场效应晶体管）管全控型开关器件来实现切换。
8、优选的方案中，所述副边接收电路由两种补偿结构组成，通过三个开关来切换，第一开关k1和第二开关k2断开，第三开关k3闭合为第一补偿结构，第一开关k1和第二开关k2闭合，第三开关k3断开为第二补偿结构。
9、优选的方案中，所述第一补偿结构中副边补偿结构中的副边串联补偿电容c3和副边接收线圈谐振匹配；第二补偿结构中副边接收线圈与副边补偿结构的副边串联补偿电容c3和并联补偿电容c5并联组成的等效电容谐振匹配；集成到耦合结构的附加电感l4与副边并联补偿电容c4谐振匹配。
10、优选的方案中，所述原边串联补偿线圈l1、原边发射线圈及副边接收线圈采用利兹线绕制在磁芯上，磁芯采用导磁材料。
11、一种抗偏移恒压恒流输出的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：包括稳压直流电源（1），稳压直流电源（1）串联同步整流电路（2），同步整流电路（2）提供高频交流电给全桥逆变电路（3），全桥逆变电路（3）将电源输送给原边发射电路，原边发射电路包括串联在一起的原边补偿结构（4）和原边发射线圈（5），副边接收线圈（6）与副边补偿结构（7）串联组成副边接收电路，副边接收电路通过副边接收线圈（6）与原边发射电路的原边发射线圈（5）和原边补偿结构（4）的原边串联补偿线圈L1电磁耦合，副边接收电路为等效负载（8）提供输出电压或输出电流，等效负载（8）为整流滤波电路（9）和负载（10）串联等效的负载，原边补偿结构（4）和副边补偿结构（7）均串并联有补偿电容，副边补偿结构（7）还附加电感。
2.根据权利要求1所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述稳压直流电源（1）与同步整流电路（2）串联，实现将直流电转换成结构所需大小的直流电，全桥逆变电路（2）串联到同步整流电路（3）的输出端，全桥逆变电路（2）的输出端给由原边补偿结构（4）和原边发射线圈（5）组成的原边发射电路提供电源；副边接收电
3.根据权利要求2所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述原边发射线圈（5）一端与原边补偿结构（4）相连，原边补偿结构（4）由原边串联补偿电容C1和原边串联补偿线圈L1串联组成，原边补偿结构（4）的另一端与全桥逆变电路（3）交流侧的另一端相连。
4.根据权利要求2所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述副边接收线圈（6）一端与副边串联补偿电容C3以及集成到耦合结构的附加电感L4串联后与整流滤波电路的等效负载（8）的一端相连，副边接收线圈（6）的另一端与整流滤波电路的等效负载（8）的另一端相连。
5.根据权利要求4所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述集成到耦合结构的附加电感L4并联有第二支路，第二支路为第二开关K2，副边接收线圈（6）与副边串联补偿电容C3串联后，并联有第三支路，第三支路包括串联的副边并联补偿电容C4及第三开关K3。
6.根据权利要求5所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述整流滤波电路（9）与负载（10）连接，副边串联补偿电容C3并联有第一支路，第一支路包括串联的并联补偿电容C5及第一开关K1，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3切换过程是通过MOS管全控型开关器件来实现切换。
7.根据权利要求6所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述副边接收电路由两种补偿结构组成，通过三个开关来切换，第一开关K1和第二开关K2断开，第三开关K3闭合为第一补偿结构，第一开关K1和第二开关K2闭合，第三开关K3断开为第二补偿结构。
8.根据权利要求7所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述第一补偿结构中副边补偿结构（7）中的副边串联补偿电容C3和副边接收线圈（6）谐振匹配；第二补偿结构中副边接收线圈（6）与副边补偿结构（7）的副边串联补偿电容C3和并联补偿电容C5并联组成的等效电容谐振匹配；集成到耦合结构的附加电感L4与副边并联补偿电容C4谐振匹配。
9.根据权利要求1所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述原边串联补偿线圈L1、原边发射线圈（5）及副边接收线圈（6）采用利兹线绕制在磁芯上，磁芯采用导磁材料。
10.一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构及其参数构建方法，其特征在于，采用权利要求1~9任意一项所述的一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，所述方法的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：包括稳压直流电源（1），稳压直流电源（1）串联同步整流电路（2），同步整流电路（2）提供高频交流电给全桥逆变电路（3），全桥逆变电路（3）将电源输送给原边发射电路，原边发射电路包括串联在一起的原边补偿结构（4）和原边发射线圈（5），副边接收线圈（6）与副边补偿结构（7）串联组成副边接收电路，副边接收电路通过副边接收线圈（6）与原边发射电路的原边发射线圈（5）和原边补偿结构（4）的原边串联补偿线圈l1电磁耦合，副边接收电路为等效负载（8）提供输出电压或输出电流，等效负载（8）为整流滤波电路（9）和负载（10）串联等效的负载，原边补偿结构（4）和副边补偿结构（7）均串并联有补偿电容，副边补偿结构（7）还附加电感。
2.根据权利要求1所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述稳压直流电源（1）与同步整流电路（2）串联，实现将直流电转换成结构所需大小的直流电，全桥逆变电路（2）串联到同步整流电路（3）的输出端，全桥逆变电路（2）的输出端给由原边补偿结构（4）和原边发射线圈（5）组成的原边发射电路提供电源；副边接收电路通过副边接收线圈（6）与原边发射线圈（5）电磁耦合。
3.根据权利要求2所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述原边发射线圈（5）一端与原边补偿结构（4）相连，原边补偿结构（4）由原边串联补偿电容c1和原边串联补偿线圈l1串联组成，原边补偿结构（4）的另一端与全桥逆变电路（3）交流侧的另一端相连。
4.根据权利要求2所述一种抗偏移恒压恒流输出的补偿结构，其特征在于：所述副边接收线圈（6）一端与副边串联补偿电容c3以及集成到耦合结构的附加电感l4串联后与整流滤波电路的等效负载（8）的一端相连，副边接收线圈（6）的另一端与整流滤波电路的等...
【专利技术属性】
技术研发人员：贲彤，单智超，陈龙，单志凌，吴飞，尹博，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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