变流整流的恒流模式无线充电系统的制作方法

技术特征：
1.一种变流整流的恒流模式无线充电系统，包括原边部分和副边部分，原边部分包含ac-dc变换电路(1)、dc-ac变换器(2)、原边补偿网络(3)和原边线圈lp，副边部分包含副边线圈ls、副边补偿网络(4)、变流整流器(5)和滤波电路(6)；ac-dc变换电路(1)含有apfc单元，实现高功率因数并调节其输出的直流电压；dc-ac变换器(2)采用全桥拓扑；原边补偿网络(3)为lcc拓扑，包括电容cp、cr和电感lr；其特征是：副边补偿网络(4)采用三增益ccl拓扑或者双增益ccl拓扑，三增益ccl拓扑包括电容cs、c1、c2、c3和电感l1、l2、l3，双增益ccl拓扑包括电容cs、c1、c2和电感l1、l2；变流整流器(5)采用三阶变流拓扑或者二阶变流拓扑，分别对应副边补偿网络(4)的三增益ccl拓扑或者双增益ccl拓扑；三阶变流拓扑有两种，即三桥臂二开关拓扑和二桥臂三开关拓扑；二阶变流拓扑也有两种，即三桥臂一开关拓扑和二桥臂二开关拓扑；三桥臂二开关拓扑包括二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6和开关s1、s2，二桥臂三开关拓扑包括二极管d1、d2、d3、d4和开关s1、s2、s3；将三桥臂二开关拓扑去掉开关s2则变成三桥臂一开关拓扑，将二桥臂三开关拓扑去掉开关s3则变成二桥臂二开关拓扑；所述开关s1、s2、s3为电子开关或者接触器开关；副边补偿网络(4)与变流整流器(5)的连接关系是，所述三增益ccl拓扑对应连接三阶变流拓扑，所述双增益ccl拓扑对应连接二阶变流拓扑。2.根据权利要求1所述的变流整流的恒流模式无线充电系统，其特征在于，副边补偿网络(4)采用三增益ccl拓扑、变流整流器(5)采用三阶变流拓扑的连接关系是：副边线圈ls第一端连接电容cs第一端，电容cs第二端连接电容c2第一端和电感l2第一端，电感l2的第二端作为节点v2；电容c2的第二端作为节点v3；副边线圈ls第二端连接电容c1第二端和电感l1第一端，电感l1的第二端作为节点v1；电容c1第一端连接电容c3第二端和电感l3第一端，电容c3第一端连接节点v3，电感l3的第二端作为节点v4；变流整流器(5)采用三桥臂二开关拓扑，则二极管d3阳极和二极管d4阴极连接节点v2，二极管d5阳极和二极管d6阴极连接节点v3；二极管d1阳极和二极管d2阴极连接开关s1、s2的一端，s1另一端连接节点v1，s2另一端连接节点v4；二极管d1、d3、d5的阴极连接在一起作为变流整流器(5)的正端vd，二极管d2、d4、d6的阳极连接在一起作为变流整流器(5)的地端gnd；或者，变流整流器(5)采用二桥臂三开关拓扑，则二极管d3阳极和二极管d4阴极连接节点v2，二极管d1阳极和二极管d2阴极连接开关s1、s2、s3的一端，s1另一端连接节点v1，s2另一端连接节点v4，s3另一端连接节点v3；二极管d1、d3的阴极连接在一起作为变流整流器(5)的正端vd，二极管d2、d4的阳极连接在一起作为变流整流器(5)的地端gnd。3.根据权利要求1所述的变流整流的恒流模式无线充电系统，其特征在于，副边补偿网络(4)采用双增益ccl拓扑、变流整流器(5)采用二阶变流拓扑的连接关系是：副边线圈ls第一端连接电容cs第一端，电容cs第二端连接电容c2第一端和电感l2第一端，电感l2的第二端作为节点v2；电容c2的第二端作为节点v3；副边线圈ls第二端连接电容c1第二端和电感l1第一端，电容c1第一端连接节点v3，电感l1的第二端作为节点v1；变流整流器(5)采用三桥臂一开关拓扑，则二极管d3阳极和二极管d4阴极连接节点v2，二极管d5阳极和二极管d6阴极连接节点v3；二极管d1阳极和二极管d2阴极连接开关s1的一端，s1另一端连接节点v1；二极管d1、d3、d5的阴极连接在一起作为变流整流器(5)的正端
vd，二极管d2、d4、d6的阳极连接在一起作为变流整流器(5)的地端gnd；或者，变流整流器(5)采用二桥臂二开关拓扑，则二极管d3阳极和二极管d4阴极连接节点v2，二极管d1阳极和二极管d2阴极连接开关s1、s2的一端，s1另一端连接节点v1，s2另一端连接节点v3；二极管d1、d3的阴极连接在一起作为变流整流器(5)的正端vd，二极管d2、d4的阳极连接在一起作为变流整流器(5)的地端gnd。4.根据权利要求1至3任一项所述的变流整流的恒流模式无线充电系统，其特征在于：用开关管q1、q2、q3、q4、q5、q6分别替换所述二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6，开关管的源极和漏极分别对应二极管的阳极和阴极，其连接关系保持不变；所述开关管q1、q2、q3、q4、q5、q6采用mosfet或者igbt。5.根据权利要求1所述的变流整流的恒流模式无线充电系统，其特征在于，原边线圈lp、副边线圈ls和原边补偿网络(3)、副边补偿网络(4)，在恒流模式下实现变流整流的参数设计公式为：设计公式为：设计公式为：设计公式为：
当副边线圈采用同一的自感量时，在式(e_01)和式(e_02)中用k
m_3
替换k
m_h
；式(e_02)给出的自感量l
p
与l
s_h
，是在z
h
离地间隙之最小耦合系数时的值；式(e_01)～式(e_05)中的参数说明如下：l
p
为原边线圈自感量，c
p
,c
r
,l
r
为原边补偿网络(3)的参数；l
s_h
和l
s_3
分别表示副边线圈自感量在z
h
和z3离地间隙的值，c
s_h-n
,c
1_h-n
,c
2_h-n
,c
3_h-n
,l
1_h-n
,l
2_h-n
,l
3_h-n
分别表示副边补偿网络(4)的参数在z
h
离地间隙第n功率等级的值；l
*h-n
为中间变量；k
m_h
和k
m_3
分别为z
h
和z3离地间隙的最小耦合系数，k
m_h
为z
h
离地间隙的最大耦合系数；n＝1,2,3表示功率等级；h＝1,2,3表示离地间隙类型；g为增益阶数，三增益ccl拓扑g＝3，双增益ccl拓扑g＝2；q
h
为公比，当g＝3时，若1.385≤q
h
≤1.445，则取当g＝2时l
3_h-n
＝0,c
3_h-n
＝∞，从而去掉；p
m-n
和p
m-3
分别为第n和第3功率等级的最大功率；i
pm
为原边线圈的最大电流有效值；i
sm_h-n
和i
sm_h-3
分别为副边线圈在z
h
离地间隙之第n和第3功率等级的最大电流有效值；i
om-n
为变流整流器(5)在第n功率等级的输出电流之最大值；u
dc-m
为dc-ac变换器(2)直流母线电压的最大值；b为伏安均衡系数，选取b＝1.25～1.65；η为mf-wpt系统除耦合线圈之外的效率。

技术总结
本实用新型公开一种变流整流的恒流模式无线充电系统，属于无线电能传输领域。该系统包括：AC-DC变换电路(1)、DC-AC变换器(2)、原边补偿网络(3)、原边线圈Lp、副边线圈Ls、副边补偿网络(4)、变流整流器(5)和滤波电路(6)。原边补偿网络为LCC拓扑；副边补偿网络为三增益或双增益CCL拓扑；变流整流器为三阶或二阶变流拓扑。建立线圈和补偿网络的设计原则和参数公式，提出副边磁芯尺寸的确定方法；以等比数列为分界值划分耦合系数区间，控制开关状态实现多级变流整流。优越性：母线电压缩窄为760～535V；优化原/副边线圈电流改善副边散热；统一原/副边线圈自感和副边磁芯；兼容国标的拓扑和控制模式。和控制模式。和控制模式。


技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.H02J50/12
受保护的技术使用者：张丽娜
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/12/30