實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法技術(shù)方案

發(fā)明專利技術(shù)提供了一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括步驟：構(gòu)建一種F型電場(chǎng)耦合無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)拓?fù)洌辉O(shè)定系統(tǒng)參數(shù)U

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法
本專利技術(shù)涉及電場(chǎng)耦合無(wú)線電能傳輸
，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
無(wú)線電能傳輸(WirelessPowerTransfer,WPT)技術(shù)借助磁場(chǎng)、電場(chǎng)、激光、微波等軟介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電能從電源系統(tǒng)到用電設(shè)備的無(wú)電氣接觸傳輸，徹底擺脫了導(dǎo)體連接的束縛，從而具有便捷、靈活、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。其中，基于電場(chǎng)耦合的電能傳輸方式具有電能耦合機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易輕薄，形狀不受限制，在工作狀態(tài)中，電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)的絕大部分電通量分布于電極之間，對(duì)周圍環(huán)境的電磁干擾很小，當(dāng)電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)之間或周圍存在金屬導(dǎo)體時(shí)，不會(huì)引起導(dǎo)體產(chǎn)生渦流損耗等特點(diǎn)。因此，越來(lái)越多的專家學(xué)者圍繞電場(chǎng)耦合無(wú)線電能傳輸技術(shù)展開研究。其可以為廚房電器和消費(fèi)電子等中小功率設(shè)備供電，在大功率設(shè)備充/供電研究方面，例如電動(dòng)汽車充/供電領(lǐng)域，也有相關(guān)報(bào)道。在可移動(dòng)負(fù)載設(shè)備(電動(dòng)汽車、廚房電器及消費(fèi)電子等)充/供電應(yīng)用中，二次側(cè)的負(fù)載隨同二次側(cè)的極板經(jīng)常會(huì)從供電系統(tǒng)中移除-投入(以下簡(jiǎn)稱為“負(fù)載移除-投入”)。通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)，目前提出的電場(chǎng)耦合無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)(Electric-fieldCoupledPowerTransfer,ECPT)拓?fù)湓诙蝹?cè)負(fù)載移除后普遍會(huì)對(duì)逆變器開關(guān)管造成過(guò)大的電壓或者電流沖擊，甚至?xí)p壞開關(guān)管。另一方面，在實(shí)際應(yīng)用中，出于經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性的考慮，系統(tǒng)在負(fù)載移除后應(yīng)該處于低功耗運(yùn)行狀態(tài)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本申請(qǐng)通過(guò)提供一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，以解決負(fù)載隨機(jī)移除-投入對(duì)逆變器開關(guān)管造成過(guò)大的電壓或者電流沖擊，甚至?xí)p壞逆變器開關(guān)管的問(wèn)題，同時(shí)使系統(tǒng)在負(fù)載投入后能夠高效穩(wěn)定地為負(fù)載提供需要的功率；當(dāng)負(fù)載移除后，系統(tǒng)工作在低功耗狀態(tài)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)，包括供電電源Udc、全橋型諧振變換器、諧振電感L1、諧振電感L2、諧振電容C1、由兩對(duì)耦合極板構(gòu)成的電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)、全橋式整流器、濾波電容Cf以及負(fù)載RL，其中，所述供電電源Udc與所述全橋型諧振變換器連接，提供直流電給所述全橋型諧振變換器；所述諧振電感L2和諧振電容C1并聯(lián)，所述諧振電感L1的一端連接所述全橋型諧振變換器的第一輸出端，所述諧振電感L1的另一端連接諧振電感L2和諧振電容C1的一個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)，諧振電感L2和諧振電容C1的另一個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接所述全橋型諧振變換器的第二輸出端，在諧振電感L2的兩端各自連接有一塊發(fā)射極板，在所述全橋式整流器的兩個(gè)輸入端各自連接一塊接收極板，發(fā)射極板與接收極板一一對(duì)應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)電能無(wú)線傳輸，所述全橋式整流器的兩個(gè)輸出端依次與濾波電容Cf以及負(fù)載RL相連。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，諧振電感L1與諧振電感L2的電感值相等，諧振電容C1與電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)的等效電容Cs的電容值相等。一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：S1：按權(quán)利要求1所述的電路拓?fù)錁?gòu)建一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)；S2：設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)Udc和RL，其中，Udc為供電電源電壓，RL為負(fù)載電阻；S3：設(shè)定初始參數(shù)f和Cs，其中，f為系統(tǒng)的運(yùn)行頻率，Cs為電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)的等效電容；S4：計(jì)算系統(tǒng)主要參數(shù)L1、L2和C1；S5：計(jì)算輸入電流的總諧波畸變率THDi；S6：判斷總諧波畸變率THDi是否小于設(shè)定的總諧波畸變率閾值，如果是，則進(jìn)入步驟S7，否則跳轉(zhuǎn)至步驟S3；S7：給出滿足負(fù)載軟切換要求的系統(tǒng)參數(shù)L1、L2、C1、f和Cs。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保LCL諧振網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在零相角(ZPA)的輸入狀態(tài)，進(jìn)一步地，步驟S4中諧振電感L1與諧振電感L2的電感值相等，即式中，ω為系統(tǒng)的工作角頻率；諧振電容C1的電容值與步驟S3中設(shè)定的電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)的等效電容Cs的電容值相等，即C1＝Cs。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟S4中L1＝L2，C1＝Cs。進(jìn)一步地，步驟S5中總諧波畸變率式中，I1為輸入電流的基波分量的有效值，In為輸入電流的奇次諧波分量的有效值。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟S6中總諧波畸變率閾值為5％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案，具有的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)是：該種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法保證了負(fù)載在任意時(shí)刻的移除-投入都不會(huì)對(duì)逆變器開關(guān)管造成明顯的電壓電流過(guò)沖，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。當(dāng)負(fù)載投入后，系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定地為負(fù)載提供需要的功率；當(dāng)負(fù)載移除后，系統(tǒng)工作在低功耗狀態(tài)。附圖說(shuō)明圖1為典型的LCL諧振網(wǎng)絡(luò)；圖2為本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)拓?fù)洌粓D3為本專利技術(shù)的ECPT系統(tǒng)等效電路圖；圖4為阻抗變換圖；圖5為L(zhǎng)s隨L2的變化曲線圖；圖6為Rs隨L2的變化曲線圖；圖7為簡(jiǎn)化后的ECPT系統(tǒng)等效電路圖；圖8為空載時(shí)的ECPT系統(tǒng)等效電路圖；圖9為Rs隨Req的變化曲線圖；圖10為方波電壓源輸入下LCL諧振網(wǎng)絡(luò)輸入電流的THDi隨Rs的變化曲線圖；圖11為3次諧波作用下LCL諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗隨Rs的變化曲線圖；圖12為5次諧波作用下LCL諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗隨Rs的變化曲線圖；圖13(a)為負(fù)載投入時(shí)最終簡(jiǎn)化的ECPT系統(tǒng)等效電路圖；圖13(b)為負(fù)載移除時(shí)最終簡(jiǎn)化的ECPT系統(tǒng)等效電路圖；圖14為本專利技術(shù)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法流程圖；圖15為逆變輸出電壓和輸出電流的仿真波形圖；圖16為一種現(xiàn)有技術(shù)中ECPT系統(tǒng)負(fù)載移除時(shí)開關(guān)管電流瞬態(tài)響應(yīng)仿真波形圖；圖17為本專利技術(shù)的ECPT系統(tǒng)負(fù)載移除時(shí)開關(guān)管電流瞬態(tài)響應(yīng)仿真波形圖；圖18為本專利技術(shù)的ECPT系統(tǒng)負(fù)載移除-投入時(shí)開關(guān)管電流瞬態(tài)響應(yīng)仿真波形圖；圖19為逆變輸出電壓和輸出電流的實(shí)驗(yàn)波形圖；圖20為負(fù)載移除時(shí)開關(guān)管電流瞬態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)波形圖；圖21為負(fù)載移除-投入時(shí)開關(guān)管電流瞬態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)波形圖。具體實(shí)施方式本申請(qǐng)實(shí)施例通過(guò)提供一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，以解決負(fù)載隨機(jī)移除-投入對(duì)逆變器開關(guān)管造成過(guò)大的電壓或者電流沖擊，甚至?xí)p壞逆變器開關(guān)管的問(wèn)題，同時(shí)使系統(tǒng)在負(fù)載投入后能夠高效穩(wěn)定地為負(fù)載提供需要的功率；當(dāng)負(fù)載移除后，系統(tǒng)工作在低功耗狀態(tài)。。為了更好地理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖以及具體的實(shí)施方式，對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)，包括供電電源Udc、全橋型諧振變換器、諧振電感L1、諧振電感L2、諧振電容C1、由兩對(duì)耦合極板構(gòu)成的電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)、全橋式整流器、濾波電容Cf以及負(fù)載RL，其中，所述供電電源Udc與所述全橋型諧振變換器連接，提供直流電給所述全橋型諧振變換器；所述諧振電感L2和諧振電容C1并聯(lián)，所述諧振電感L1的一端連接所述全橋型諧振變換器的第一輸出端，所述諧振電感L1的另一端連接諧振電感L2和諧振電容C1的一個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)，諧振電感L2和諧振電容C1的另一個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接所述全橋型諧振變換器的第二輸出端，在諧振電感L2的兩端各自連接有一塊發(fā)射極板，在所述全橋式整流器的兩個(gè)輸入端各自連接一塊接收極板，發(fā)射極板與接收極板一一對(duì)應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)電能無(wú)線傳輸，所述全橋式整流器的兩個(gè)輸出端依次與濾波電容Cf以及負(fù)載RL相連。一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：S1：按權(quán)利要求1所本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)，其特征在于，包括供電電源U

【技術(shù)特征摘要】
1.一種實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)，其特征在于，包括供電電源Udc、全橋型諧振變換器、諧振電感L1、諧振電感L2、諧振電容C1、由兩對(duì)耦合極板構(gòu)成的電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)、全橋式整流器、濾波電容Cf以及負(fù)載RL，其中，所述供電電源Udc與所述全橋型諧振變換器連接，提供直流電給所述全橋型諧振變換器；所述諧振電感L2和諧振電容C1并聯(lián)，所述諧振電感L1的一端連接所述全橋型諧振變換器的第一輸出端，所述諧振電感L1的另一端連接諧振電感L2和諧振電容C1的一個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)，諧振電感L2和諧振電容C1的另一個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接所述全橋型諧振變換器的第二輸出端，在諧振電感L2的兩端各自連接有一塊發(fā)射極板，在所述全橋式整流器的兩個(gè)輸入端各自連接一塊接收極板，發(fā)射極板與接收極板一一對(duì)應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)電能無(wú)線傳輸，所述全橋式整流器的兩個(gè)輸出端依次與濾波電容Cf以及負(fù)載RL相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)，其特征在于，諧振電感L1與諧振電感L2的電感值相等，諧振電容C1與電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)的等效電容Cs的電容值相等。3.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)負(fù)載軟切換的ECPT系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：按權(quán)利要...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘇玉剛，趙魚名，唐春森，王智慧，戴欣，孫躍，葉兆虹，朱婉婷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：重慶,50