CN111371195A - 一种用于lcc-s无线电能传输系统的电力变换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于LCC‑S无线电能传输系统的电力变换电路，包括高频逆变电路、发射端谐振电路、接收端谐振电路和接收端电力变化电路；高频逆变电路与直流电源连接，接收端谐振电路与负载连接，接收端电力变化电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4和滤波电容C2；当接收端谐振电路产生的电流为正，开关管S1、开关管S2、开关管S4和滤波电容C2构成升压电路；当接收端谐振电路产生的电流为负，开关管S1、开关管S2、开关管S3和滤波电容C2构成升压电路。本电路改变了接收端电力变换电路的拓扑结构，减少了器件数量；选用GaNFET作为高频开关器件，极大降低了高频器件的开关损耗和反向恢复损耗；采用同步整流技术，进一步降低了器件的导通损耗。

Description

一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路。
背景技术
无线电能传输是一种不需要电气连接进行电能传输的技术，能够客服传统有线输电技术在使用中面临的问题，例如可以避免因连接线外露可能造成的绝缘老化、接触不良，提高了输电的安全性。在电动汽车领域，有着良好的应用前景，能够使电动汽车充电更灵活、更方便，尤其使动态无线电能传输技术，有助于解决续航里程焦虑等问题。
LCC-S谐振补偿拓扑，是磁耦合谐振式无线电能传输补偿拓扑的一种，在输入端电压幅值恒定的前提下，该拓扑具有接收端交流电压幅值恒定的特点，即接收端可以空载，有利于控制系统对后端电路进行控制。在传统的无线电能传输系统中，通常采用二极管不控整流和直流斩波电路构成接收端电力变换电路，该电路控制简单，但器件数量较多，电动汽车无线充电等高频大功率场合损耗较大，不利于无线电能传输技术的推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于LCC-S无线电能传输系统的接收端电力变换电路，将接收端电压转换为稳定的直流电压，能够有效提升接收端传输效率。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其中：包括依次连接的高频逆变电路、发射端谐振电路、接收端谐振电路和接收端电力变化电路；所述高频逆变电路与直流电源连接，所述接收端谐振电路与负载连接，所述接收端电力变化电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4和滤波电容C2；当接收端谐振电路产生的电流为正时，所述开关管S1、开关管S2、开关管S4和滤波电容C2构成升压电路；当接收端谐振电路产生的电流为负时，所述开关管S1、开关管S2、开关管S3和滤波电容C2构成升压电路。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的发射端谐振电路包括补偿电感L0、发射线圈LT、补偿电容C1、补偿电容CT，所述补偿电感L0、补偿电容CT、发射线圈LT串联，所述补偿电容C1与发射线圈LT并联。
上述的接收端谐振电路产生交变电压，该接收端谐振电路包括接收线圈LR、补偿电容CR，所述接收线圈LR、补偿电容CR串联。
上述的开关管S1和开关管S2的开关频率高于接收线圈LR的电流频率。
上述的开关管S3和开关管S4的开关频率与接收线圈LR的电流频率相同。
上述的开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4处于反向导通工作状态时，采用同步整流技术。
本发明的有益效果：
本发明一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，改变了接收端电力变换电路的拓扑结构，减少了器件数量；通过开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4和滤波电容C2构成两个不同电流的升压电路，同时选用GaNFET作为高频开关器件，极大的降低了高频器件的开关损耗和反向恢复损耗；采用同步整流技术，进一步降低了器件的导通损耗。
附图说明
图1是本发明所述的LCC-S无线电能传输系统电路框图；
图2是本发明所述的用于LCC-S无线电能传输系统的接收端电力变换电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明为一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其中：包括依次连接的高频逆变电路、发射端谐振电路、接收端谐振电路和接收端电力变化电路；所述高频逆变电路与直流电源连接，所述接收端谐振电路与负载连接，所述接收端电力变化电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4和滤波电容C2；当接收端谐振电路产生的电流为正时，所述开关管S1、开关管S2、开关管S4和滤波电容C2构成升压电路；当接收端谐振电路产生的电流为负时，所述开关管S1、开关管S2、开关管S3和滤波电容C2构成升压电路。
其中，发射端谐振电路包括补偿电感L0、发射线圈LT、补偿电容C1、补偿电容CT，所述补偿电感L0、补偿电容CT、发射线圈LT串联，所述补偿电容C1与发射线圈LT并联；接收端谐振电路产生交变电压，该接收端谐振电路包括接收线圈LR、补偿电容cR，所述接收线圈LR、补偿电容CR串联；开关管S1和开关管S2的开关频率高于接收线圈LR的电流频率；开关管S3和开关管S4的开关频率与接收线圈LR的电流频率相同；开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4处于反向导通工作状态时，采用同步整流技术；开关管S1和开关管S2采用GaNFET系列型号，所述开关管S3和开关管S4采用Si MOSFET系列型号。
所述电力变换电路工作方式如下：
当接收线圈电流is为正，由开关管S1、S2、S4构成升压电路，其中开关管S2作主开关管，S1、S4采用同步整流工作模式，S3截止；当接收线圈电流is为负，由开关管S1、S2、S3构成升压电路，其中开关管S1作为主开关管，S2、S3采用同步整流工作模式，S4截止。
所述电力变换电路输出电压与输入电压满足如下关系：
Figure BDA0002414448610000031
其中，uin为输入电压平均值，Uout为输出电压平均值，d1为开关管S1的导通占空比，d2为开关管S2的导通占空比。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其特征在于：包括依次连接的高频逆变电路、发射端谐振电路、接收端谐振电路和接收端电力变化电路；所述高频逆变电路与直流电源连接，所述接收端谐振电路与负载连接，所述接收端电力变化电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4和滤波电容C2；当接收端谐振电路产生的电流为正时，所述开关管S1、开关管S2、开关管S4和滤波电容C2构成升压电路；当接收端谐振电路产生的电流为负时，所述开关管S1、开关管S2、开关管S3和滤波电容C2构成升压电路。
2.根据权利要求1所述的一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其特征在于：所述发射端谐振电路包括补偿电感L0、发射线圈LT、补偿电容C1、补偿电容CT，所述补偿电感L0、补偿电容CT、发射线圈LT串联，所述补偿电容C1与发射线圈LT并联。
3.根据权利要求1所述的一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其特征在于：所述接收端谐振电路产生交变电压，该接收端谐振电路包括接收线圈LR、补偿电容CR，所述接收线圈LR、补偿电容CR串联。
4.根据权利要求1所述的一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其特征在于：所述开关管S1和开关管S2的开关频率高于接收线圈LR的电流频率。
5.根据权利要求1所述的一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其特征在于：所述开关管S3和开关管S4的开关频率与接收线圈LR的电流频率相同。
6.根据权利要求1所述的一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其特征在于：所述开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4处于反向导通工作状态时，采用同步整流技术。
7.根据权利要求6所述的一种用于LCC-S无线电能传输系统的电力变换电路，其特征在于：所述开关管S1和开关管S2采用GaNFET系列型号，所述开关管S3和开关管S4采用SiMOSFET系列型号。
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