一种可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑的制作方法

文档序号:24493742发布日期:2021-03-30 21:20阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于,该电路包括:

一原边电路,包括串联的第一谐振电容、第一原边线圈和第一中继谐振电路;所述的第一中继谐振电路包括第二原边线圈和第一中继谐振切换模块,第一中继谐振切换模块用于将第二原边线圈切换至不与电源连接的谐振状态;

一副边电路,包括串联的第三谐振电容、第一副边线圈和第二中继谐振电路;所述的第二中继谐振电路包括第二副边线圈和第二中继谐振切换模块,第二中继谐振切换模块用于将第二副边线圈切换至不与负载连接的谐振状态。

2.根据权利要求1所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于:第一中继谐振切换模块不作用时,所述的第二原边线圈串联在原边电路中;第一中继谐振切换模块作用时,第二原边线圈被切换至不与电源连接的谐振状态;第二中继谐振切换模块不作用时,所述的第二副边线圈串联在副边电路中;第二中继谐振切换模块作用时,第二副边线圈被切换至不与负载连接的谐振状态。

3.根据权利要求1或2所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于:所述的第一中继谐振电路包括串联在原边电路中的第二原边线圈和第二谐振电容;在第二原边线圈和第二谐振电容的串联电路两端并联有第一切换开关;所述的第一切换开关连通后使得第二原边线圈切换至不与电源连接的谐振状态;所述的第二中继谐振电路包括串联在副边电路中的第二副边线圈和第四谐振电容;在第二副边线圈和第四谐振电容的串联电路两端并联有第二切换开关;所述的第二切换开关连通后使得第二副边线圈切换至不与负载连接的谐振状态。

4.根据权利要求3所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于:所述的第一中继谐振切换模块还包括第一谐振补偿元件,第一谐振补偿元件为电容或电感;第一谐振补偿元件一端与第一切换开关相连,第一谐振补偿元件另一端连接在第一原边线圈和第二原边线圈之间。

5.根据权利要求3所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于:所述的第二中继谐振切换模块还包括第二谐振补偿元件,第二谐振补偿元件为电容或电感;第二谐振补偿元件一端与第二切换开关相连,第二谐振补偿元件另一端连接在第一副边线圈和第二副边线圈之间。

6.根据权利要求1至5任一项所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于:该电路的切换方法是通过第一中继谐振切换模块或/和第二中继谐振切换模块的切换,使得第二原边线圈或/和第二副边线圈在无中继谐振状态和有中继谐振状态进行切换,从而实现在不同的耦合范围内输出额定功率。

7.根据权利要求6所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于,该电路的切换模式具体包括:

模式a:当第一切换开关和第二切换开关断开时,第一原边线圈和第二原边线圈串联后与外部电源端相连;第一副边线圈和第二副边线圈串联后与外部负载端相连;

模式b:当第一切换开关断开,第二切换开关连通时,第一原边线圈和第二原边线圈串联后与外部电源端相连;第二副边线圈处于中继谐振状态,副边电路中只有第一副边线圈与外部负载端相连;

模式c:当第一切换开关连通,第二切换开关断开时,第二原边线圈处于中继谐振状态,原边电路中只有第一原边线圈与外部电源端相连;第一副边线圈和第二副边线圈串联后与外部负载端相连;

模式d:当第一切换开关和第二切换开关都连通时,第二原边线圈和第二副边线圈均处于中继谐振状态;原边电路中只有第一原边线圈与外部电源端相连,副边电路中只有第一副边线圈与外部负载端相连。

8.根据权利要求7所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于,模式a与模式b或模式c相互切换时,需要满足:

得出:

即原边电路和副边电路的线圈互感同时满足式子(27)、(28)时,模式a和模式b或模式c相互切换时,输出功率不产生跌落,维持在额定值;上式中p2o为模式a时的输出功率;p3o为模式b或模式c的输出功率;v1为原边电路的交流输入电压;rl为交流等效负载电阻;ω为角速度;vo为副边电路的交流输出电压;mab为两线圈模式第一原边线圈与第一副边线圈的互感;mβγ为原边一线圈副边两线圈的三线圈模式的互感,且mβγ为第二副边线圈与第一副边线圈的互感;mαβ为原边一线圈副边两线圈的三线圈模式的互感,且mαβ为第一原边线圈与第二原边线圈串联而成的发射线圈与第二副边线圈的互感。

9.根据权利要求7所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于,模式b和模式c相互切换时,需要满足:

得出:

即模式b和模式c的线圈互感同时满足式子(30)、(31)时,在模式b和模式c相互切换时,输出功率不产生跌落,维持在额定值;上式中p3o和p′3o为模式b或模式c的输出功率;v1为原边电路的交流输入电压;rl为交流等效负载电阻;ω为角速度;vo为副边电路的交流输出电压;mβγ为原边一线圈副边两线圈的三线圈模式的互感,且mβγ为第二副边线圈第一副边线圈的互感;mαβ为原边一线圈副边两线圈的三线圈模式的互感,且mαβ为第一原边线圈和第二原边线圈串联而成的发射线圈与第二副边线圈的互感;m’βγ原边两线圈副边一线圈为三线圈模式的互感,且m’βγ为第二原边线圈与第一副边线圈和第二副边线圈串联而成的接收线圈的互感;m’αβ为原边两线圈副边一线圈的三线圈模式的互感,且m’αβ为第一原边线圈与第二原边线圈的互感。

10.根据权利要求7所述的可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,其特征在于,模式b或模式c与模式d相互切换时,需要满足:

便可以得出:

即即原边电路和副边电路的线圈互感同时满足式子(33)、(34)时,模式b或模式c与模式d相互切换时,输出功率不产生跌落,维持在额定值;上式中p4o模式d的输出功率;i31为模式b或c的原边电路的交流电流;i41为模式d的原边电路的交流电流;rl为交流等效负载电阻;ω为角速度;m14为第一原边线圈和第一副边线圈的互感;m23为第二原边线圈和第二副边线圈的互感;m24为第二原边线圈和第一副边线圈的互感;m12为第一原边线圈和第二原边线圈的互感;m34为第一副边线圈和第二副边线圈的互感;mβγ为原边一线圈副边两线圈的三线圈模式的互感,且mβγ为第二副边线圈与第一副边线圈的互感;mαβ为原边一线圈副边两线圈的三线圈模式的互感,且mαβ为第一原边线圈和第二原边线圈串联而成的发射线圈与第二副边线圈的互感;m’βγ为原边两线圈副边一线圈的三线圈模式的互感,且m′βγ为第二原边线圈与第一副边线圈和第二副边线圈串联而成的接收线圈的互感;m’αβ为原边两线圈副边一线圈的三线圈模式的互感,且m′αβ为第一原边线圈第二原边线圈的互感。


技术总结
本发明公开了一种可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑,该电路包括:一原边电路,包括串联的第一谐振电容、第一原边线圈和第一中继谐振电路;所述的第一中继谐振电路包括第二原边线圈和第一中继谐振切换模块,第一中继谐振切换模块用于将第二原边线圈切换至不与电源连接的谐振状态;一副边电路,包括串联的第三谐振电容、第一副边线圈和第二中继谐振电路;所述的第二中继谐振电路包括第二副边线圈和第二中继谐振切换模块,第二中继谐振切换模块用于将第二副边线圈切换至不与负载连接的谐振状态。本发明可以在限压限流的条件下,实现在较宽的耦合范围内输出额定功率,大大提高了使用范围和使用灵活性。

技术研发人员:钟文兴;张思远;徐德鸿
受保护的技术使用者:浙江大学
技术研发日:2020.12.01
技术公布日:2021.03.30
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