CN108808887A - 一种并联多逆变无线电能传输系统 - Google Patents

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祝文姬
肖静
高立克
杨艺云
吴敏
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Abstract

本发明提供了一种并联多逆变无线电能传输系统，包括无线电能传输子系统和电源转换子系统，所述无线电能传输子系统包括原边谐振回路和副边谐振回路，所述电源转换子系统包括至少两个电源转换模块，所述电源转换模块包括有高频逆变电路。本发明可以在对无线电能传输系统扩容的同时，既不增大系统开关管应力，又能解决系统并联模块之间的环流问题，还能避免系统发生串联和并联短路，也能降低系统开关管损耗，提高逆变效率。

Description

一种并联多逆变无线电能传输系统
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种并联多逆变无线电能传输系统。
背景技术
目前，电动汽车无线充/供电系统由原边整流部分、功率因数校正部分、直流调压部分、逆变部分、磁耦合机构部分、副边整流部分以及滤波部分组成。将电能从电网经过非接触方式传递到车载端供汽车直接使用或者对汽车进行充电。传统无线充/供电系统采用单个逆变器的方式，开关管容量和价格之间的矛盾突出，不利于工业生产。目前，双逆变WPT系统多采用控制方式对并联模块之间的环流问题进行控制和抑制，但控制方式依赖传感器，且控制方式本身的系统可靠性低，环流问题造成系统损耗，增加系统电磁干扰。
发明内容
本发明提供一种并联多逆变无线电能传输系统，用以解决传统无线电能传输充/供电系统在大功率工作环境下，开关管应力过大等问题，该系统不仅能有效减小开关管之间的应力，而且能对并联逆变器之间的环流和死区时间内的振荡起到抑制的作用，还能起到减小开关管导通损耗，提高系统逆变效率的作用。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：
一种并联多逆变无线电能传输系统，包括无线电能传输子系统和电源转换子系统，所述无线电能传输子系统包括原边谐振回路和副边谐振回路，所述电源转换子系统包括至少两个电源转换模块，所述电源转换模块包括有高频逆变电路3、16，用于实现工频交流并联输入与高频交流串联输出，所述电源转换模块通过并联接入所述的原边谐振回路上。
进一步地，所述电源转换模块还包括工频整流桥1、18，BUCK电路2、17，选频网络4、15和高频变压器5、14，所述工频整流桥1、18的前端连接市电电源，所述BUCK电路2、17电连接在所述工频整流桥1、18和所述高频逆变电路3、16之间，所述高频逆变电路3、16的输出端与所述高频变压器5、14的初级绕组电连接，所述高频变压器5、14的次级绕组作为所述电源转换子系统的输出端接在所述原边谐振回路上。
进一步地，所述电源转换模块的电路采用两端口模块化设计。
进一步地，所述BUCK电路2、17由一个开关管、一个二极管、一个电感和一个电容相互电连接而成。
进一步地，所述选频网络4、15是在高频变压器5、14初级绕组的一端串接一个电容，另一端串接一个电感构成。
进一步地，所述原边谐振回路由电感Lp和电容Cp串联而成。
进一步地，所述副边谐振回路由电感Ls和电容Cs串联而成。
进一步地，所述副边谐振回路经过副边整流桥8和输出滤波电容9后向负载10提供直流输出。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：
可以在对无线电能传输系统扩容的同时，既不增大系统开关管应力，又能解决系统并联模块之间的环流问题，还能避免系统发生串联和并联短路，也能降低系统开关管损耗，提高逆变效率。
附图说明
图1为本发明的电路系统原理图，其中：
1,18为工频整流桥，2,17为BUCK电路，3，16为逆变电路，4,15为选频网络，5，14为高频变压器，6为原边谐振电容，7为副边谐振电容，8为副边整流桥，9为输出滤波电容，10为负载，11为副边线圈等效内阻，12为原、副边线圈构成的磁耦合结构，13为原边线圈等效内阻。
图2为单个电源转换模块的电路原理图。
具体实施方式
一种并联多逆变无线电能传输系统，如图1所示，包括无线电能传输子系统和电源转换子系统，所述无线电能传输子系统包括原边谐振回路和副边谐振回路，所述电源转换子系统包括至少两个电源转换模块，所述电源转换模块包括有高频逆变电路3、16，用于实现工频交流并联输入与高频交流串联输出，所述电源转换模块通过并联接入所述的原边谐振回路上。
本实施例公开的并联多逆变无线电能传输系统包括两个相互并联的电源转换模块，即第一电源转换模块和第二电源转换模块，所述第一电源转换模块包括工频整流桥1、BUCK电路2、高频逆变电路3、选频网络4和高频变压器5，所述第二电源转换模块包括工频整流桥18、BUCK电路17、高频逆变电路16、选频网络15和高频变压器14，所述工频整流桥1、18的前端连接市电电源，所述BUCK电路2、17电连接在所述工频整流桥1、18和所述高频逆变电路3、16之间，所述高频逆变电路3、16的输出端与所述高频变压器5、14的初级绕组连接，所述高频变压器5、14的次级绕组作为所述电源转换系统的输出端串接在所述无线电能传输子系统的原边谐振回路上。具体连接如图1所示。
在具体实施过程中，所述电源转换模子系统可以包括两个或两个以上的电源转换模块，单个电源转换模块的电路原理图如图2所示。同样，多个电源转换模块的输出端也串接在无线电能传输子系统的原边谐振回路上。
所述高频变压器5、14的初级绕组的一端串接一个电容，另一端串接一个电感，从而构成了选频网络4、15。由图1中可以看出，第一电源转换模块的选频网络4是由电容C 1 和电感L 1 构成，第二电源转换模块的选频网络15是由电容C 2 和电感L 2 构成，图中的BUCK电路2、17是由一个开关管、一个二极管、一个电感和一个电容相互电连接构成。
为了实现高效的无线能量传输，无线电能传输子系统的原边谐振回路由电感L p 和电容C p 串联而成，无线电能传输子系统的副边谐振回路由电感L s 和电容C s 串联而成。
为了适应负载供电需要，无线电能传输系统副边谐振回路经过副边整流桥8和输出滤波电容9后向负载10提供直流输出。
本发明的工作原理是：市电电源分别经过两路工频整流桥1、18整流后，通过BUCK电路2、17调压得到合适的电压，再由高频逆变电路3、16变换为高频交流输出，经过选频网络4、15选频后由高频变压器5、14送入原边谐振回路中。在具体实施时，高频变压器5、14采用降压变压器，如图1所示，其中R p 为原边线圈等效内阻，R s 为副边线圈等效内阻。
在具体实施时，如图2所示的单个电源转换模块的电路可以采用两端口模块化设计，即将电源转换模块设置成独立产品，使用时两端直接连接即可。
本系统采用多个电源转换模块实现工频交流并联输入与高频交流串联输出，在无线充电系统中，能对输入有很高的容错率。即使输入相差很大，或者两路逆变之间存在一定的相位差，系统均有一定的容错能力，均流效果突出，降低开关管损耗，提升逆变效率。

Claims (8)

1.一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：包括无线电能传输子系统和电源转换子系统，所述无线电能传输子系统包括原边谐振回路和副边谐振回路，所述电源转换子系统包括至少两个电源转换模块，所述电源转换模块包括有高频逆变电路（3、16），用于实现工频交流并联输入与高频交流串联输出，所述电源转换模块通过并联接入所述的原边谐振回路上。
2.根据权利要求1所述的一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：所述电源转换模块还包括工频整流桥（1、18）、BUCK电路（2、17）、选频网络（4、15）和高频变压器（5、14），所述工频整流桥（1、18）的前端连接市电电源，所述BUCK电路（2、17）电连接在所述工频整流桥（1、18）和所述高频逆变电路（3、16）之间，所述高频逆变电路（3、16）的输出端与所述高频变压器（5、14）的初级绕组电连接，所述高频变压器（5、14）的次级绕组作为所述电源转换子系统的输出端接在所述原边谐振回路上。
3.根据权利要求1所述的一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：所述电源转换模块的电路采用两端口模块化设计。
4.根据权利要求2所述的一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：所述BUCK电路（2、17）由一个开关管、一个二极管、一个电感和一个电容相互电连接而成。
5.根据权利要求2所述的一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：所述选频网络（4、15）是在高频变压器（5、14）初级绕组的一端串接一个电容，另一端串接一个电感构成。
6.根据权利要求1所述的一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：所述原边谐振回路由电感Lp和电容Cp串联而成。
7.根据权利要求1所述的一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：所述副边谐振回路由电感Ls和电容Cs串联而成。
8.根据权利要求1所述的一种并联多逆变无线电能传输系统，其特征在于：所述副边谐振回路经过副边整流桥（8）和输出滤波电容（9）后向负载（10）提供直流输出。
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