一种无线供电多拾取并联输出的均流电路的制作方法

：
1.本实用新型涉及无线电能传输系统领域，具体涉及一种无线供电多拾取并联输出的均流电路。


背景技术：

2.感应式无线电能传输技术(inductive power transfer,ipt)系统克服了传统接触式供电可能产生的电火花、漏电、接头磨损等问题，具备免维护、安全可靠以及适用于恶劣环境等优点，得到了越来越多的关注。其中动态ipt系统可以在用电设备运动时不间断地为其供电，因此在单轨系统、agv、铁轨、道路供电汽车等领域动态ipt系统都有着广阔的应用前景。
3.在大功率的动态ipt系统中，由于单个拾取模块难以满足功率传输需求，为了提高功率传输能力，接收侧可以采用多个拾取模块并联输出的方案。长直导轨式的单轨结构是动态ipt系统中一种常见的供电结构，多个拾取模块也有利于提高耦合机构的空间利用率。在理想状况下，各拾取模块的参数如互感、自感、线圈阻值等完全相同，所以各模块内的电流和功率大小也相同。
4.然而在实际情况中，由于器件的加工误差以及拾取模块在沿导轨运行过程中感值等参数的不断变化，导致各拾取模块并联时会出现电流分配不均的现象，严重时甚至会有拾取模块过流的情况。为了解决这个问题，有必要对ipt系统中拾取模块并联输出的均流控制方案进行研究。有学者提出了在拾取模块后级添加buck和boost两种阻抗变换电路。但所提方法都需要额外电路，控制方式复杂，针对两个模块以上的情况控制效果一般。如何得到一种简单无源、针对多模块并联输出的均流电路成为本实用新型的设计重点。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有无线供电多拾取模块并联输出系统，提出一种简单无源，易于实施的均流电路方案，并且保证系统功率传输特性的均流电路。
6.本实用新型的具体技术方案如下：
7.一种无线供电多拾取并联输出的均流电路，所述的无线供电系统包括直流输入v
in
、逆变电路、原边补偿电路、原边发射线圈、多个拾取模块pu、均流母线cbl以及负载，还包括均流母线，所述直流输入v
in
、逆变电路、原边补偿电路和原边发射线圈依次级联形成原边单元，所述原边发射线圈流经的高频交流电流，产生高频的交变磁场；
8.所述拾取模块包括拾取线圈coil和副边变换电路，拾取线圈耦合到原边发射线圈的交变磁场，产生感应电动势，并经过副边变换电路转换为直流电压，多个拾取模块pu相互并联，输出分别与负载连接；
9.所述均流母线与每个拾取线圈的同一端依次相连，通过均流母线实现多个拾取模块的电流均流。
10.进一步地，所述多个拾取模块选用两个及两个以上拾取模块。
11.进一步地，所述多个拾取模块选用三个拾取模块。
12.进一步地，多个拾取模块数量的设计参数相同。
13.本实用新型具有如下有益效果：
14.采用本实用新型只需要在原有电路基础上增设一根额外的均流母线，即可实现各个拾取模块在一定参数偏差内的自动均流，结构简单，易于实施，不受模块数量影响，可减少在拾取模块在动态运行过程中产生的输出波动影响，均流母线不影响系统原来的恒压输出特性，有利于满足系统冗余设计和扩容需求，提高了系统的可靠性。
附图说明
15.图1为本实用新型的均流电路的结构框图；
16.图2为三个拾取模块简化电路图；
17.图3为三个拾取模块基波等效电路图；
18.图4为图2对应的不含均流设计的三个拾取模块电路图；
19.图5为实施例一中本实用新型的三个拾取模块电流仿真波形；
20.图6为实施例一中不含均流设计的三个拾取模块电流仿真波形；
21.图7为实施例二中本实用新型的三个拾取模块电流仿真波形；
22.图8为实施例二中不含均流设计的三个拾取模块电流仿真波形；
23.图中部分标号说明：vin为直流输出，pu为拾取模块，pu1为拾取模块1，pun为拾取模块n，coil1为拾取线圈1，coiln为拾取线圈n，cbl为均流母线，i
p
为原边发射线圈的电流，m1为拾取线圈1与原边发射线圈之间的互感，m2为拾取线圈2与原边发射线圈之间的互感，m3为拾取线圈3与原边发射线圈之间的互感，l
s1
为拾取线圈1的自感，l
s2
为拾取线圈2的自感，l
s3
为拾取线圈3的自感，i
ls1
为拾取模块1的电流，i
ls2
为拾取模块2的电流，i
ls3
为拾取模块3的电流，c
s1
为拾取模块1的补偿电容，c
s2
为拾取模块2的补偿电容，c
s3
为拾取模块3的补偿电容，u
cs
为补偿电容两端电压，c
o1
为拾取模块1的输出滤波电容，c
o2
为拾取模块2的输出滤波电容，c
o3
为拾取模块3的输出滤波电容，u
oc1
为拾取线圈1的开路电压，u
oc2
为拾取线圈2的开路电压，u
oc3
为拾取线圈3的开路电压，r
l
为电阻负载，r
e1
为拾取模块1分配到的交流等效负载，r
e2
为拾取模块2分配到的交流等效负载，r
e3
为拾取模块3分配到的交流等效负载。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。
25.实施例一：
26.图1所示为适用于多拾取并联输出的无线供电系统的均流电路的原理框图。无线供电系统包括直流输入v
in
、逆变电路、原边补偿电路、原边发射线圈、多个拾取模块pu、均流母线以及负载。其中拾取模块包括拾取线圈和副边变换电路。多个拾取模块数量的设计参数基本相同。不含均流设计的多拾取模块并联输出系统会由于模块间微小的参数差异，导致各个模块间存在电流不均的情况。本实用新型的核心思想是，采用单根均流母线将各个拾取绕组的同一端互相连接，自动调节各个拾取模块的等效负载阻抗，从而达到模块间均流的目的。
27.实施例二：
28.图2所示，本实用新型为三拾取模块系统简化电路图，副边采用串联补偿，整流电路采用全桥整流。根据串联补偿谐振条件，副边补偿电容容值应当满足
[0029][0030]
其中，l
s1
为拾取线圈1的自感，l
s2
为拾取线圈2的自感，l
s3
为拾取线圈3的自感，c
s1
为拾取模块1的补偿电容，c
s2
为拾取模块2的补偿电容，c
s3
为拾取模块3的补偿电容。
[0031]
图3所示为三拾取模块基波等效电路图，根据耦合电感的互感感应电压，可列方程
[0032][0033]
其中，i
p
为原边发射线圈的电流，m1为拾取线圈1与原边发射线圈之间的互感，m2为拾取线圈2与原边发射线圈之间的互感，m3为拾取线圈3与原边发射线圈之间的互感，u
oc1
为拾取线圈1的开路电压，u
oc2
为拾取线圈2的开路电压，u
oc3
为拾取线圈3的开路电压。
[0034]
根据整流桥的基波近似等效和负载并联，可得
[0035][0036]
其中，r
l
为电阻负载，r
e1
为拾取模块1分配到的交流等效负载，r
e2
为拾取模块2分配到的交流等效负载，r
e3
为拾取模块3分配到的交流等效负载；
[0037]
根据电路中的kvl和kcl，可列方程
[0038][0039][0040]
其中，c
s1
为拾取模块1的补偿电容，c
s2
为拾取模块2的补偿电容，c
s3
为拾取模块3的补偿电容，l
s1
为拾取线圈1的自感，l
s2
为拾取线圈2的自感，为拾取线圈3的自感，i
ls1
为拾取模块1的电流，i
ls2
为拾取模块2的电流，i
ls3
为拾取模块3的电流l
s3
，u
cs
为补偿电容两端电压。
[0041]
由于多个模块是并联输出，输出电压幅值相同，可列方程
[0042]
|i
ls1
·
r
e1
|＝|i
ls2
·
r
e2
|＝|i
ls3
·
r
e3
|
ꢀꢀ
(6)
[0043]
根据式(2)～(6)，可以求解出各个模块的电流分布情况。对于任意多个拾取模块并联输出时，所述均流方法可以拾取模块参数在一定偏差范围内实现较好的均流特性
[0044]
测试例一：
[0045]
为验证本实用新型的可行性，以三模块系统为例，图2为本实用新型的无线供电系统，图4为不含均流设计的无线供电多拾取模块并联输出系统作为对比。
[0046]
采用saber软件进行仿真验证。下表为系统动态无线供电系统相关参数。
[0047]
表1动态无线供电系统参数
[0048][0049]
下表为本例所用的各拾取模块的具体参数。
[0050]
表2拾取模块参数
[0051][0052]
l
si
为各拾取线圈的自感，m
i
为各拾取线圈与原边发射线圈之间互感。c
si
为各拾取模块的补偿电容容值，考虑到最大
±
10％的参数差异。以拾取模块1的参数为标准拾取模块参数，拾取模块2的自感和互感较标准参数减少10％，拾取模块3的自感和互感较标准参数增加10％。
[0053]
图5和图6分别为本实用新型图2和不含均流设计的无线供电系统图4的拾取模块电流分布情况，表3列出了两种设计下各拾取模块电流有效值。由仿真结果可见，不含均流设计的电流差别很大，本实用新型提出的均流电路方案可以大幅减少电流的不均衡度，达到模块电流均流的设计目的。
[0054]
表3仿真实验结果
[0055][0056]
测试例二：
[0057]
本实施例采用的系统参数与测试例一相同，下表为本例所用的各拾取模块的具体参数。
[0058]
表4拾取模块参数
[0059][0060][0061]
以拾取模块1的参数为标准拾取模块参数，拾取模块2的自感减少了10％，互感增
加了10％，拾取模块3的自感增加了10％，互感减少10％。
[0062]
图7和图8分别为本实用新型和不含均流设计的无线供电系统的模块电流分布情况，表3列出了两种设计下各模块电流有效值。
[0063]
表5仿真实验结果
[0064][0065]
由表5可见，本实用新型的电路设计，实现了模块电流均流的效果。
[0066]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。