一种适应宽负载范围的无线充电线圈串联补偿设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种适应宽负载范围的无线充电线圈串联补偿设计方法，包括以下步骤:一、设计无线充电线圈副边补偿电容与线圈副边自感谐振补偿；二、根据系统要求的线圈输出功率确定原边补偿电容的最大值；三、根据系统允许的线圈副边输出电压的最大值确定原边补偿电容的最小值。本发明的补偿设计方法简单可行，相比于传统的设计方法，不需要增加额外的控制即可实现系统在轻载或空载时正常工作，只需适当增大线圈原边补偿电容的容值即可。不增加系统的复杂程度，不增加成本，不影响线圈的效率。
【专利说明】
-种适应宽负载范围的无线充电线圈串联补偿设计方法
技术领域
[0001] 本发明设及无线充电线圈串联补偿网络设计方法，尤其设及一种适应宽负载范围 的无线充电线圈串联补偿的设计方法。
【背景技术】
[0002] 无线充电线圈串联补偿，通常包括实现磁禪合传输电能的线圈、线圈原边和副边 的补偿电容。传统的线圈串联补偿设计方法，都是在额定工作频率点处，设计原边自感与原 边补偿电容谐振，副边自感与副边补偿电容谐振。运种设计方法当负载电阻阻值较大或者 系统空载时，线圈原边产生很大的电流，线圈副边产生很高的感应电动势，会造成线圈副边 功率器件的损坏，因此系统轻载、空载工作受到了限制。一般的解决方案，如控制线圈副边 输出电压恒定、控制线圈原边电流恒定的方法，会增加系统的复杂程度，增加成本，甚至降 低系统效率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种可W抑制轻载或空载时线圈副边输出电压，使系统在轻 载或空载时仍能正常工作的线圈串联补偿设计方法。
[0004] 本发明的线圈串联补偿设计方法如下：串联补偿线圈功率发射端由高频电源、补 偿电容和线圈原边串联组成;功率接受端由线圈副边、补偿电容和负载串联组成，其具体包 括下列步骤：
[0005] -、根据线圈副边补偿电容C2与副边自感L2谐振补偿确定副边补偿电容C2的值。
[0006] 二、根据无线充电线圈串联补偿等效电路，忽略线圈寄生电阻的影响，在保证线圈 输出功莖滿巧系统畢求的前辑下，可W得到原边补偿电容Cl的最大值表达式：
[0007]
[000引式中，Ui为线圈原边输入高频电压基波有效值，《为系统工作角频率，1^1为线圈原 边自感，Cl为原边补偿电容，P为系统要求线圈输出的额定功率。
[0009] =、根据无线充电线圈串联补偿等效电路，忽略线圈寄生电阻的影响，在保证线圈 副边输出最大电压满足系统要求的前提下，可W得到原边补偿电容Cl的最小值：
[0010]
[0011]式中，M为线圈的互感，Umax为系统允许的线圈副边最大输出电压有效值。
[001 ^ 在打。1。含Cl含Clmax范围内，根据实际情况，选择合适的原边补偿电容Cl值即可。
[0013]本发明的特点是:设计线圈副边补偿电容与线圈副边自感谐振补偿;设计线圈原 边补偿电容，使线圈原边自感欠补偿。
[0014] 本发明的优点是采用线圈原边自感欠补偿，线圈副边自感完全补偿的设计方法， 实现了对轻载或空载时线圈副边输出电压的抑制，使系统在轻载或空载时仍能正常工作， 同时保证了线圈前级逆变器中功率器件的零电压开通。
[0015] 本发明的补偿设计方法简单可行，相比于传统的设计方法，不需要增加额外的控 制即可实现系统在轻载或空载时正常工作，只需适当增大线圈原边补偿电容的容值即可。 不增加系统的复杂程度，不增加成本，不影响线圈的效率。
【附图说明】
[0016] 图1是无线充电线圈串联补偿等效电路。
[0017] 图視传统串联谐振补偿与仅畐脚完全补偿线圈输出电压对比图。
【具体实施方式】
[0018] 如图1所示是采用本发明方法的线圈串联补偿等效电路，它包括线圈原边自感^， 副边自感L2，原边补偿电容Cl，副边补偿电容C2。
[0019] 补偿网络的设计方法是:在确定了系统的工作角频率CO、线圈的原边自感^、副边 自感L2、互感M后，由线圈副边自感谐振补偿可得副边补偿电容C2的取值为
[0020]
[0021] 根据无线充电线圈串联补偿等效电路，忽略线圈寄生电阻的影响，求得负载电阻 化变化时，线圈能够输出的最大功率为：
[0022]
[0023] 为保证能够输出所需功率，可得原边补偿电容Cl的最大值为
[0024]
[0025] 其中化为线圈原边输入高频方波的基波有效值，P为系统要求线圈输出的额定功 率。
[0026] 根据无线充电线圈串联补偿等效电路，忽略线圈寄生电阻的影响，求得负载电阻 化变化时，线圈副边最大输出电压为：
[0027]
[002引为保证系统空载时仍能正常工作，可得原边补偿电容Cl的最小值为
[0029]
[0030] 共讀圈副边最大输出电压有效值。
[0031] 根据实际情况，在打min < Cl < Clmax范围内选取合适的Cl取值即可。
[0032] 本发明效果可W通过W下对比实验加 W说明。
[0033] 实验所用线圈参数列于表1;实验条件列于表2。
[0034] 表1实验线圈参数 [00351
[
[
[0038]负载电阻变化时，线圈输出电压有效值的实验和理论结果如图2所示。从图2中可 W看出，在一定误差范围内，实验与理论计算结果相一致。负载电阻化增大到243 Q时，传统 串联谐振补偿方式下的线圈副边输出电压化理论上已经超过600V;原边部分补偿，副边完 全补偿方式下的线圈副边输出电压化为248V，可W看出，采用仅副边完全谐振补偿方式可 W有效的抑制轻载时线圈副边的输出电压，使系统在轻载时仍能正常工作。
【主权项】
1. 一种适应宽负载范围的无线充电线圈串联补偿设计方法，其特征在于，串联补偿线 圈功率发射端由高频电源、补偿电容和线圈原边串联组成;功率接受端由线圈副边、补偿电 容和负载串联组成，其设计方法包含以下步骤： 一、 根据线圈副边补偿电容C2与副边自感L2谐振补偿确定副边补偿电容C2的值； 二、 根据无线充电线圈串联补偿等效电路，忽略线圈寄生电阻的影响，在保证线圈输出 功率满足系统要求的前提下，可以得到原边补偿电容&的最大值表达式：式中，山为线圈原边输入高频电压基波有效值，ω为系统工作角频率，u为线圈原边自 感，&为原边补偿电容，Ρ为系统要求线圈输出的额定功率； 三、 根据无线充电线圈串联补偿等效电路，忽略线圈寄生电阻的影响，在保证线圈副边 输出最大电压满足系统要求的前提下，可以得到原边补偿电容&的最小值：式中，Μ为线圈的互感，Umax为系统允许的线圈副边最大输出电压有效值。 在Clmin < & < Clmax范围内，根据实际情况，选择合适的原边补偿电容&值即可。
【文档编号】H02J50/12GK105827022SQ201610301440
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月7日
【发明人】崔鸿志, 陈敏
【申请人】浙江大学