基于阻抗平衡特性的MC-WPT系统的传导干扰抑制方法

本发明涉及磁耦合无线电能传输(mc-wpt)，尤其涉及基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法。

背景技术：

1、磁感应耦合无线电能传输(magnetic-coupled wireless power transfer,mc-wpt)技术是通过磁耦合机构的电磁感应作用实现电能从发射端到接收端的非接触式传输，其在近距离、中距离场合都能实现电能的大功率高效传输，具有更高传输效率、功率，同时兼备安全性、稳定性和便捷性，具有明显的优势和广阔的应用前景。

2、然而，针对mc-wpt技术的进一步推广和应用还面临着不可或缺的一步，即电磁干扰(electromagnetic interference,emi)和电磁兼容(electromagnetic compatibility,emc)的问题。由于mc-wpt系统传能耦合机构的发射侧和接收端之间存在较大气隙，造成了系统的漏磁，从而对周围环境及电子设备造成干扰。提升mc-wpt系统电磁环境安全性，降低其对生物体和外界环境的影响是该技术实现推广应用过程中必须要解决的关键问题。

3、目前关于mc-wpt系统emi抑制的研究大部分集中在耦合机构的电磁屏蔽上，通过耦合机构的设计减小漏磁场强度，使mc-wpt技术向系统的低电磁干扰迈出重要的一步。然而这类方法受松耦合特性的影响和系统传能效率的要求，其抑制作用较为局限并且不能从根源上解决系统产生的emi问题。在传统的电力电子系统中，传导干扰的分析及抑制是对解决系统emi问题的常规手段，因此，mc-wpt系统作为电力电子系统，其传导干扰仍是不可忽视的emi问题，在电源输入侧可采用传统的工频emi滤波器进行干扰抑制，然而针对系统高频输出侧的传导干扰目前还缺乏相应的研究。

4、由于实际的mc-wpt系统在开关噪声所处的高频下，电感器件的寄生参数(比如电感的匝间电容)对系统开关噪声的传播影响不可忽略不计。目前没有对mc-wpt系统产生的高频差模噪声电流和共模噪声电流进行抑制。mc-wpt系统作为电力电子系统的一个分支，针对电源输入侧的传导干扰分析及抑制方法已有了非常多的研究成果，然而由于mc-wpt系统的松耦合特性，耦合线圈暴露在电力电子装置外部，因此针对mc-wpt系统高频输出侧的传导干扰分析及抑制显得尤为重要。针对工频侧的emi分析及抑制方法在解决mc-wpt系统高频输出侧的传导干扰问题上的有效性和可行性较低，这是因为针对工频侧的emi滤波电感电容放置在mc-wpt系统高频输入输出侧将会极大地影响系统的功率传输能力及效率。

5、因此，为了进一步抑制mc-wpt系统高频输入输出侧中存在的传导干扰，迫切需要研究mc-wpt系统传导干扰的抑制方法。

技术实现思路

1、本发明提供基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，解决的技术问题在于：如何对mc-wpt系统高频输出侧的传导干扰进行抑制。

2、为解决以上技术问题，本发明提供基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，所述mc-wpt系统包括全桥逆变器和典型lcc-s谐振网络，所述典型lcc-s谐振网络包括原边lcc谐振补偿网络和副边串联谐振电容cs，所述原边lcc谐振补偿网络包括原边串联谐振电感l1、原边并联谐振电容c1和原边串联谐振电容cp，其关键在于，该传导干扰抑制方法具体包括：

3、将所述原边串联谐振电感l1均分为两个电感ll1和lr1，并分别连接所述全桥逆变器左右两个桥臂的输出端；

4、将所述原边串联谐振电容cp均分为电容clp和crp串联在发射线圈lp的两端；

5、引入两个相同参数的电容cy1和cy2串联在所述全桥逆变器左右两个桥臂的输出端之间。

6、进一步地，该传导干扰抑制方法还包括：

7、采用电容和两个相同参数的电容cy1和cy2代替所述原边并联谐振电容c1，电容连接在所述原边并联谐振电容c1的位置，电容cy1和cy2串联且整体与电容并联，并把电容cy1和cy2的公共端连接到机壳上。

8、优选的，电容cy1和cy2满足：

9、

10、进一步地，该传导干扰抑制方法还包括：

11、在发射线圈lp的两端引线上、在电容clp和crp后分别串联一参数相同的高频阻波器。

12、优选的，所述高频阻波器采用lc并联谐振网络。

13、优选的，所述高频阻波器的自然谐振频率在[1,999]mhz之间。

14、进一步地，该传导干扰抑制方法还包括：将所述mc-wpt系统的原边电能变换器和所述发射线圈lp一体化布置在一个机壳中。

15、进一步地，该传导干扰抑制方法还包括：将所述mc-wpt系统的副边电能变换器和接收线圈ls一体化布置在一个机壳中。

16、本发明提供的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其有益效果在于：

17、1)基于典型lcc-s型谐振网络，通过将串联谐振电感l1均分为两个相同参数的电感ll1和lr1，并分别放置于逆变器左右两个桥臂的输出端，以及将原边串联谐振电容cp分解成两个相同参数的电容clp和crp，并以串联的形式放置于发射线圈lp的两侧，为逆变器两个桥臂引入cy1和cy2两个相同参数的电容，得到对称式lcc-s型谐振网络，可以平衡左右两个桥臂的阻抗，降低逆变器输出差模电压的高频谐波，同时抑制差模和共模传导干扰，并且不会对系统的功率传输参数产生影响；

18、2)基于对称式lcc-s型谐振网络，进一步将相同参数值的电容cy3与cy4串联后与电容并联以共同构成典型lcc-s型谐振网络中的并联谐振电容c1，并把电容cy3与cy4的公共端连接到机壳上，以进一步抑制系统的共模干扰，并且不会对系统的功率传输参数产生影响；

19、3)在发射线圈lp两端引线上分别串联一参数相同的高频阻波器，以进一步抑制系统的差模干扰，并且不会对系统的功率传输参数产生影响。

20、实验结果表明：本发明所提的传导干扰抑制方法能够将典型lcc-s型mc-wpt系统的共模传导干扰降低40.6db(107倍)，将差模传导干扰降低21.9db(12.4倍)，并且不会对系统功率传输能力和传输效率产生较大影响，干扰抑制后的效率仅下降了0.74％。

技术特征：

1.基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，所述mc-wpt系统包括全桥逆变器和典型lcc-s谐振网络，所述典型lcc-s谐振网络包括原边lcc谐振补偿网络和副边串联谐振电容cs，所述原边lcc谐振补偿网络包括原边串联谐振电感l1、原边并联谐振电容c1和原边串联谐振电容cp，其特征在于，该传导干扰抑制方法具体包括：

2.根据权利要求1所述的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其特征在于，该传导干扰抑制方法还包括：

3.根据权利要求2所述的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其特征在于，电容cy1和cy2满足：

4.根据权利要求1所述的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其特征在于，该传导干扰抑制方法还包括：

5.根据权利要求4所述的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其特征在于：所述高频阻波器采用lc并联谐振网络。

6.根据权利要求5所述的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其特征在于：所述高频阻波器的自然谐振频率在[1,999]mhz之间。

7.根据权利要求1所述的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其特征在于，该传导干扰抑制方法还包括：将所述mc-wpt系统的原边电能变换器和所述发射线圈lp一体化布置在一个机壳中。

8.根据权利要求1所述的基于阻抗平衡特性的mc-wpt系统的传导干扰抑制方法，其特征在于，该传导干扰抑制方法还包括：将所述mc-wpt系统的副边电能变换器和接收线圈ls一体化布置在一个机壳中。

技术总结
本发明涉及磁耦合无线电能传输(MC‑WPT)技术领域，具体公开了一种基于阻抗平衡特性的MC‑WPT系统的传导干扰抑制方法，该方法基于典型LCC‑S型谐振网络，通过将串联谐振电感L<subgt;1</subgt;均分为两个相同参数的电感L<subgt;l1</subgt;和L<subgt;r1</subgt;，并分别放置于逆变器左右两个桥臂的输出端，以及将原边串联谐振电容C<subgt;p</subgt;分解成两个相同参数的电容C<subgt;lp</subgt;和C<subgt;rp</subgt;，并以串联的形式放置于发射线圈L<subgt;p</subgt;的两侧，为逆变器两个桥臂引入C<subgt;Y1</subgt;和C<subgt;Y2</subgt;两个相同参数的电容，得到对称式LCC‑S型谐振网络，可以平衡左右两个桥臂的阻抗，降低逆变器输出差模电压的高频谐波，同时抑制差模和共模传导干扰，并且不会对系统的功率传输参数产生影响。

技术研发人员：唐春森,邓棚亓,王智慧,胡宏晟,赵雷,左志平,陈丰伟,刘哲,丰宇宸,林涛
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13