一种可耐超宽耦合变化的LCC/S-S型补偿失谐系统的制作方法

本发明涉及电力电子技术、感应式无线充电，具体为lcc/s-s型补偿失谐系统。

背景技术：

1、感应式无线电能传输已被广泛应用于各种充电场景。当功率从发射侧传送到接收侧时，一个常见的挑战是使耦合变化对如效率、输出电压和输出功率等目标的影响最小。为了解决这个问题，人们对感应式无线电能传输系统的耦合器设计、补偿电路和系统涉及的有源变换器进行了很好的探索。

2、针对感应式无线电能传输系统在大的耦合变化条件下如何释放设计自由度以降低功率灵敏度这个问题，学界现在已有一些方案。例如，可以通过使用定制的耦合器来实现均匀的磁场分布，增加一个继电器线圈来增强耦合，或者使用多个线圈来增加充电面积来确保稳定的有效耦合。同时，高阶补偿可以提供更大的设计自由度，以降低系统对耦合变化的灵敏度。有源变流器的控制可以补偿耦合变化效应，稳定输出。一般来说，之前的工作反映了系统性能和复杂性之间的权衡。

技术实现思路

1、本发明提供了一种可耐超宽耦合变化的lcc/s-s型补偿失谐系统，该系统具备更宽耦合变化耐受能力，有效保证了无线电能传输系统的抗偏移能力和稳定输出功率的能力。

2、为实现系统抗耦合变化，本发明提供如下技术方案：lcc/s-s型补偿失谐系统在ss模式与lcc-s模式之间切换，通过利用不同模态下，不同耦合情况对应最大效率点不同的情况实现系统在宽耦合范围内的稳定输出能力。

3、本发明所述的一种可耐超宽耦合变化的lcc/s-s型补偿失谐系统实现装置主电路部分能量传输路径如下：桥式逆变器将直流输入电压vd转换为方波电压vin，对tx线圈(ltx)用lt、ct、ctx1、ctx2和ctx3加以补偿，对r1线圈(lrx)用crx进行串联补偿。整流器的输入和输出电压分别为vo和vl。iin、itx和irx分别为谐振腔的输入电流、t1电流、rx电流；m和rl为互感和等效交流负载电阻。当继电器sa切换到位置1时，系统将在失谐的ss模式下运行。当sa切换到位置2时，它将在失谐lcc-s模式下运行。这两种模式的结合确保了在超宽耦合范围内稳定的输出功率，而无需实时调制。

4、本发明旨在经由对以上两个电路模态进行合理分析，得到系统关键指标性参数，并通过仿真与实验的交叉验证切换电路模态、允许电路一定程度上的失谐保证系统宽耦合系数变化范围内的功率输出稳定。与现有技术相比，本发明提供了一种可耐超宽耦合变化的lcc/s-s型补偿失谐系统，具备以下有益效果：

5、该lcc/s-s型补偿失谐系统合理使用两个谐振模态的切换，显著扩宽了系统对于耦合变化的耐受程度，极大提升了现有技术中感应式无线充电系统的抗偏移能力。

技术特征：

1.一种可耐超宽耦合变化的lcc/s-s型补偿失谐系统，其特征在于：从电路拓扑上，前后级联电路部分包括电源、全桥逆变器、谐振腔、整流器和等效负载；桥式逆变器将直流输入电压vd转换为方波电压vin，对tx线圈电感ltx用电感lt、补偿电容ct、ctx1、ctx2和ctx3加以补偿，对rx线圈电感lrx用补偿电容crx进行串联补偿；能量通过谐振腔从原边无线传输至副边，经由整流器传输给负载，整流器的输入和输出电压分别为vo和vl。iin、itx和irx分别为谐振腔的输入电流、tx电流、rx电流；m和rl为互感和等效交流负载电阻；当继电器sa切换到位置1时，系统将在失谐的ss模式下运行。当sa切换到位置2时，它将在失谐lcc-s模式下运行。这两种模式的结合确保了在超宽耦合范围内稳定的输出功率，而无需实时调制。

2.根据权利要求1所述的一种可耐超宽耦合变化的lcc/s-s型补偿失谐系统，其特征在于：所述逆变器采用全桥可控逆变器，采用pwm方波互补驱动模式控制，谐振腔内采用开关电路sa实现系统模态切换，副边整流器采用不可控二极管整流器，输出级负载并联电容以减小输出电压纹波。

3.根据权利要求1所述的一种可耐超宽耦合变化的lcc/s-s型补偿失谐系统，其特征在于：系统内各参数为，直流300v电压源，系统工作频率400khz，补偿电感lt100uh，补偿电容ctx1 0.54nf，补偿电容ctx2 0.73nf，补偿电容ct 0.97nf，原边线圈电感140.5uh，副边线圈电感51.8uh，副边补偿电容2.99nf。耦合器耦合系数变化范围为lcc-s模式下为[0.07，0.15]，ss模式下为[0.15，0.33]。

技术总结
本发明公开了一种可耐超宽耦合变化的LCC/S‑S型补偿失谐系统，涉及电力电子技术无线充电领域，主要包括主电路拓扑、电路模态分析，分析了各电路模态下的电路关键参数的情况，并以数据记录的形式归纳出电路的对应模态下的功率输出与阻抗角具体特性曲线。所述LCC/S‑S型补偿失谐系统能够用于无线电能传输，通过切换电路模态以适应不同耦合情况下的电能传输情况，维持I PT系统的高效运行及稳定输出。

技术研发人员：李忠昶,赵鹏,傅旻帆,陈文浩
受保护的技术使用者：杭州恒芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11