一种电容式无线电能传输系统的CL补偿电路的制作方法

本实用新型属于无线电能传输领域，特别涉及一种电容式无线电能传输系统的CL补偿电路。

背景技术：

传统的无线电能传输技术主要是利用线圈进行电磁能量的发射和接收，其系统被称为磁耦合谐振式无线电能传输系统（IPT），但是IPT系统是利用时变电磁场进行无线能量传输的系统，很容易因为外部金属的介入而影响系统的传输效率。当外金属的体积较大时，能量甚至无法传输到次级侧，严重限制了无线电能传输技术的发展。为了消除金属对于无线电能传输系统的干扰，提出了一种利用纯电场传递能量的CPT系统。

传统的CPT系统多采用的是LC补偿电路，其使用范围被限制在了毫米级别的范围内，一旦传输距离增加，其传输功率会迅速衰减，其效率也会大大降低，因此，该结构并不适用于较远距离的CPT系统。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了用于降低成本的SiC MOS管负压关断电路。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种电容式无线电能传输系统的CL补偿电路，包括：在驱动芯片的OUT端上设有电阻RON，在电阻RON远离D2的一端设有MOS管，在电阻RON上并联有串联的电阻ROFF和二极管DOFF；

在驱动芯片的VSS端与OUT端之间设有电容CBOOT,在驱动芯片的OUT端与VDD供电端之间设有二极管D1；

在OUT端与电阻RON之间设有负压模块。

可选的，所述负压模块包括：

极性二极管D2，以及并联在D2两端的电容CZ。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

1）降低CPT系统由于传输距离增加时的辐射电场大小，并且极大程度上减小了补偿电感的体积和系统的谐振频率。

2）当电源频率升高时，负载电流滞后相角衰减较慢，使得软开关技术在该补偿电路上更容易实现，相较于传统补偿电路成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用的无线电能传输系统原理示意图；

图2为本实用的电路示意图；

图3为本实用电路中C1开路时的等效电路图；

图4为本实用电路中C2开路时的等效电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的结构作进一步地描述。

实施例一

本实用新型提供了一种电容式无线电能传输系统的CL补偿电路，电容式（CPT）无线电能传输系统原理图见图1。当极板A和极板D上的电压发生变化时，次级侧电路的电荷会发生定向移动，若此时的A带的是正电荷，D带的是负电荷，则由库伦定律可知，极板B会带上负电荷，极板C会带上正电荷，整个初级侧和次级侧的电荷是保持恒定不变的。当A板与D板的极性发生变化时，B板与C板的极性也会发生相应改变，那么B板和C板就相当于一个电源对负载做功，实现了能量的无线传递。

一种电容式无线电能传输系统的CL补偿电路，驱动芯片的OUT端上设有电阻RON，在电阻RON远离D2的一端设有MOS管，在电阻RON上并联有串联的电阻ROFF和二极管DOFF；

在驱动芯片的VSS端与OUT端之间设有电容CBOOT,在驱动芯片的OUT端与VDD供电端之间设有二极管D1；

在OUT端与电阻RON之间设有负压模块。负压模块包括：极性二极管D2，以及并联在D2两端的电容CZ。

如图2所示，一种电容式无线电能传输系统的CL补偿电路，改变了传统的CPT系统的LC补偿电路，增加了CPT系统的传输距离。当电容极板之间的传输距离增大时，若直接采用LC补偿，则在谐振频率一定的条件下电感值会增大，且流经电容极板的电流值会很大，辐射电场增大，效率降低。对于CL补偿电路，可利用叠加原理见图3、图4。首先认为C1开路，忽略电阻R，即认为R被短路，则此时L1、CM、L2和C2发生谐振，CM为AB板和CD板电容的平均值。根据电路原理，电压源的电压U1被转化为电阻R上的电流I2，且电流值的大小与电阻取值无关。同理，设负载电阻R上的电压值为U2，则此时可将C2当作开路处理，电压源U1被短路，此时L1、CM、L2和C2发生谐振，电阻R上的电压被转化为电源上的电流值，且I1大小与电压U1无关，只取决于负载电阻R上的电压U2。当满足谐振条件后，系统便可以达到谐振状态。

在通过给传输侧的两个极板并联电感，并且串接电容，使得系统在初级侧和次级侧均发生谐振。根据电路理论知，此时便形成了一个CL补偿电路的CPT系统。且一般情况下，通过CM的电流值远小于C1和L1上的电流，因此，该补偿电路的CPT结构向外辐射的电场强度更小，安全范围更大。

为了增加传输距离并限制系统对外部的电场辐射量，必须减小等效电容CM上的电流。根据电容中的无功功率计算表达式P=0.5ωCU²可知，当距离较远时，等效电容CM值很小，只有数十皮法拉的大小，为了增大无功功率交换量，必须增大系统谐振频率或等效电容上的电压U，增大谐振频率意味着CPT系统前端逆变器的压力会增加，且一般来说，逆变器输出电压频率越高，其效率越低，并且越难以实现软开关技术，因此，比较好的做法是提升等效电容的电压值。为了提升等效电压，可在发射极板和接收极板两侧并接电感，然后再串接电容，则根据电路理论可知大部分的电流会流经电感，因此，极板两端的电压值会增大，其无功功率的交换率增大，传输同样功率的等效电容上的电流值更少，系统对外的电场辐射大大降低，并且可调节电容与电感值，使系统工作在特定的谐振频率。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。