一种基于复合LCC补偿的无线电能传输装置的制作方法

本实用新型涉及无线电能传输技术和新型能量转换技术领域，尤其涉及一种基于复合lcc补偿的无线电能传输装置。

背景技术：

无线电能传输技术的出现可有效克服传统有线供电方式的一系列缺点，如：设备移动灵活性差、环境不美观、容易产生接触火花、供电线暴露等，特别适用于移动设备、电动汽车、易燃易爆环境和水下、油田井下设备的安全供电。因此，无线电能传输技术被广泛应用于诸多领域。

通常，最常见的负载是电池，但由于电池的等效电阻是不断变化的，而且其充电过程包含恒流和恒压两个充电阶段，即在充电初期采用恒流模式，使电池的电压可以迅速上升，而当电池电压达到所需值时将充电方式变为恒压模式，维持电压稳定并使充电电流逐渐减小直至截止电流，至此充电完成。上述充电方式要求无线电能传输装置提供恒定的电流和电压，既实现电池安全可靠充电，又可以延长电池的使用寿命和充放电次数。

然而，现有的无线电能传输装置实现恒流恒压切换充电的方法有以下几种：一、采用变频控制，即令无线电能传输装置在不同频率下分别实现恒压和恒流输出，但会引起频率分叉现象，造成装置工作不稳定；二、在次级整流输出后加入dc-dc直流变换器进行调节，但为了避免极限占空比的出现，不适用于负载变化很大的情况，且新增直流变换电路增加了系统体积。三、在电路中引入闭环负反馈控制并采用移相控制，但也会增加过多器件，提升控制成本及复杂性。

因此，亟需一种实现恒流恒压切换充电的无线电能传输装置，能克服现有技术存在的缺点与不足，且电路结构简单，成本低。

技术实现要素：

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于复合lcc补偿的无线电能传输装置，能克服现有技术存在的缺点与不足，且电路结构简单，成本低。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于复合lcc补偿的无线电能传输装置，包括发射模块以及与所述发射模块通过电磁感应传输能量的接收模块；其中，

所述发射模块包括依序连接的直流电源uin、高频逆变电路、发射端补偿网络和初级发射线圈lp；其中，所述发射端补偿网络包括由电感lf1、串联电容c1、并联电容cp、切换开关s1和切换开关s2形成的原边lcc补偿网路，以及由串联电容c3和切换开关s3形成的原边串联补偿网络；所述原边lcc补偿网路与所述原边串联补偿网络相并接，并均连接所述初级发射线圈lp；

所述接收模块包括依序连接的次级接收线圈ls、接收端补偿网络、整流滤波电路和负载；其中，所述接收端补偿网络包括由电感lf2，串联电容c2和并联电容cs形成的副边lcc补偿网络；

通过闭合切换开关s1、s2及断开切换开关s3，则得到由所述原边lcc补偿网路和所述副边lcc补偿网络形成具有输出与负载无关的恒定电流的双边lcc补偿网络，实现双边lcc恒流充电模式；

通过断开切换开关s1、s2及闭合切换开关s3，则得到由所述原边串联补偿网络和所述副边lcc补偿网络形成具有输出与负载无关的恒定电压的s-lcc补偿网络，实现s-lcc恒压充电模式。

其中，所述高频逆变电路包括开关晶体管q1、开关晶体管q2、开关晶体管q3及开关晶体管q4；其中，

开关晶体管q1、q4串联在一起，开关晶体管q2、开关晶体管q3串联在一起，且串联后的开关晶体管q1、开关晶体管q4与串联后的开关晶体管q2、开关晶体管q3并联在一起。

其中，所述整流滤波电路包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4和电容c4；其中，

二极管d1、二极管d4串联在一起，二极管d2、二极管d3串联在一起，且电容c4、串联后的二极管d1、二极管d4以及串联后的二极管d2、二极管d3三者并联在一起。

其中，所述初级发射线圈lp和所述次级接收线圈ls之间的互感为m。

实施本实用新型实施例，具有以下有益效果：

1、本实用新型只需在松耦合变压器的初级电路中构建发射端补偿网络，其电路结构简单、成本低，且工作时只需简单的控制开关切换，就可以实现电路输出恒流恒压的切换，不仅控制简单、方便、可靠，没有复杂的控制策略，也无需初级电路和次级电路进行通信；

2、本实用新型由于松耦合变压器的初级侧和次级侧均为lcc型补偿网络，使得装置能在同一工作频率下输出与负载无关的恒定电流和恒定电压，用以满足电池初期恒流充电、后期恒压充电的要求，同时装置工作在一个频率点下，不会出现频率分叉现象，工作稳定；

3、本实用新型具体应用于电动车静态无线充电，初级和次级线圈相对位置固定互感值m固定，可通过实时检测发射模块中电压、电流信号来辨识接收模块中负载电阻的大小，得到功率传输过程中不同时刻电动车的充电电压、电流、阻值，可籍此跟踪调整装置，以使电动车充电稳定可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于复合lcc补偿的无线电能传输装置的电路连接示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

如图1所示，为本实用新型实施例中，提供的一种基于复合lcc补偿的无线电能传输装置，包括发射模块1以及与发射模块1通过电磁感应传输能量的接收模块2；其中，

发射模块1包括依序连接的直流电源11、高频逆变电路12、发射端补偿网络13和初级发射线圈lp；其中，发射端补偿网络13包括由电感lf1、串联电容c1、并联电容cp、切换开关s1和切换开关s2形成的原边lcc补偿网路，以及由串联电容c3和切换开关s3形成的原边串联补偿网络；原边lcc补偿网路与原边串联补偿网络相并接，并均连接初级发射线圈lp；

接收模块2包括依序连接的次级接收线圈ls、接收端补偿网络21、整流滤波电路22和负载23；其中，接收端补偿网络21包括由电感lf2，串联电容c2和并联电容cs形成的副边lcc补偿网络；其中，初级发射线圈lp和次级接收线圈ls构成松耦合变压器，二者之间的互感为m；

通过闭合切换开关s1、s2及断开切换开关s3，则得到由原边lcc补偿网路和副边lcc补偿网络形成具有输出与负载无关的恒定电流的双边lcc补偿网络，实现双边lcc恒流充电模式；

通过断开切换开关s1、s2及闭合切换开关s3，则得到由原边串联补偿网络和副边lcc补偿网络形成具有输出与负载无关的恒定电压的s-lcc补偿网络，实现s-lcc恒压充电模式。

本实用新型实施例中，高频逆变电路12包括开关晶体管q1、开关晶体管q2、开关晶体管q3及开关晶体管q4；其中，

开关晶体管q1、开关晶体管q4串联在一起，开关晶体管q2、开关晶体管q3串联在一起，且串联后的开关晶体管q1、开关晶体管q4与串联后的开关晶体管q2、开关晶体管q3并联在一起。

本实用新型实施例中，整流滤波电路22包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4和电容c4；其中，

二极管d1、二极管d4串联在一起，二极管d2、二极管d3串联在一起，且电容c4、串联后的二极管d1、二极管d4以及串联后的二极管d2、二极管d3三者并联在一起。

本实用新型实施例中的一种基于复合lcc补偿的无线电能传输装置的工作原理为：

在发射模块1中，整流电源11并联在高频逆变电路12的输入端，为整个系统供电；高频逆变电路12将直流电逆变成交流电；发射端补偿网络13并联在高频逆变电路12的输出端，将高频逆变电路12的输出作为激励源，并且原边lcc补偿网络、原边串联(s)补偿网络和初级发射线圈lp均在工作频率下能够达到谐振状态；在接收模块2中，次级接收线圈ls能够将原边的电能通过电磁感应原理耦合到副边；接收端补偿网络21接收的输出，并在工作频率下能够达到谐振状态；整流滤波电路22将交流电转变成直流电并稳压。

其中，通过闭合切换开关s1、s2及断开切换开关s3，则得到由原边lcc补偿网路和副边lcc补偿网络形成具有输出与负载无关的恒定电流的双边lcc补偿网络，实现双边lcc恒流充电模式；通过断开切换开关s1、s2及闭合切换开关s3，则得到由原边串联补偿网络和副边lcc补偿网络形成具有输出与负载无关的恒定电压的s-lcc补偿网络，实现s-lcc恒压充电模式。上述双边lcc补偿网络和s-lcc补偿网络均为lcc型，因此共同构成复合lcc补偿网络。

实施本实用新型实施例，具有以下有益效果：

1、本实用新型只需在松耦合变压器的初级电路中构建发射端补偿网络，其电路结构简单、成本低，且工作时只需简单的控制开关切换，就可以实现电路输出恒流恒压的切换，不仅控制简单、方便、可靠，没有复杂的控制策略，也无需初级电路和次级电路进行通信；

2、本实用新型由于松耦合变压器的初级侧和次级侧均为lcc型补偿网络，使得装置能在同一工作频率下输出与负载无关的恒定电流和恒定电压，用以满足电池初期恒流充电、后期恒压充电的要求，同时装置工作在一个频率点下，不会出现频率分叉现象，工作稳定；

3、本实用新型具体应用于电动车静态无线充电，初级和次级线圈相对位置固定互感值m固定，可通过实时检测发射模块中电压、电流信号来辨识接收模块中负载电阻的大小，得到功率传输过程中不同时刻电动车的充电电压、电流、阻值，可籍此跟踪调整装置，以使电动车充电稳定可靠。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。