本發(fā)明涉及電能變換裝置的直流轉(zhuǎn)直流變換器，具體涉及一種基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來隨著新能源電動汽車的蓬勃發(fā)展，接觸式有線充電方案存在插接件笨重、操作繁雜、易磨損、可靠性差、雨雪天氣易漏電等問題，并且輸電線纜的長度和拖拽都限制了充電的靈活性，維護(hù)成本較高，上述原因極大限制了新能源電動汽車的應(yīng)用與推廣。

2、為了提高充電系統(tǒng)的安全性、可靠性和靈活性，采用感應(yīng)式無線的方案進(jìn)行能量傳輸成為現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的插入式充電方式，采用無線電能傳輸技術(shù)為電動汽車供電可以實(shí)現(xiàn)電動汽車的即停即充，方便快捷，應(yīng)用場景廣泛，并且可以降低城市的土地成本和利用率。由于電動汽車的車載端和供電端不存在直接的電氣接觸，且無裸露的金屬接頭，該技術(shù)更加安全可靠，且不受惡劣天氣的影響，可以與自動駕駛等技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動化。因此，無線電能傳輸技術(shù)的諸多優(yōu)勢使其在未來的交通系統(tǒng)供電領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展空間。

3、現(xiàn)有技術(shù)中用于感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)，全橋有源整流器采用四個開關(guān)管組成，其優(yōu)點(diǎn)是控制靈活，但是，存在控制變量多、需要精確控制開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通時間、副邊諧振電流過零點(diǎn)采樣電路復(fù)雜等問題，從而限制了感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的快速發(fā)展，是當(dāng)前急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)，全橋有源整流器采用四個開關(guān)管組成存在的問題。本發(fā)明提供的基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，將全橋有源整流器的一個有源橋臂換成由兩個二極管組成的無需控制的無源橋臂，該方式可以在簡化整流器控制的同時保證接收側(cè)所有的開關(guān)管的軟開關(guān)，并利用無源橋臂的被動整流特性簡化副邊諧振電流過零點(diǎn)采樣電路，設(shè)計的輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路，電路簡單，控制方便，容易實(shí)現(xiàn)，具有良好的應(yīng)用前景。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，包括輸入電源vin、發(fā)射側(cè)逆變器單元、發(fā)射側(cè)補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈lp、接收線圈ls、接收側(cè)補(bǔ)償電路、接收側(cè)半有源整流器和負(fù)載rl，

4、所述輸入電源vin的輸出端與發(fā)射側(cè)逆變器單元的輸入端相連接，所述發(fā)射側(cè)逆變器單元的兩個橋臂的中點(diǎn)做為發(fā)射側(cè)逆變器單元的輸出端與發(fā)射側(cè)補(bǔ)償電路的輸入端相連接，所述發(fā)射側(cè)補(bǔ)償電路的輸出端與發(fā)射線圈lp相連接，實(shí)現(xiàn)電能的無線發(fā)射；

5、所述接收線圈ls與發(fā)射線圈lp之間形成磁耦合，用于無線接收發(fā)射線圈lp無線發(fā)射的電能，所述接收線圈ls與接收側(cè)補(bǔ)償電路的輸入端相連接，所述收側(cè)補(bǔ)償電路的一輸出端與接收側(cè)半有源整流器的有源橋臂中點(diǎn)相連接，所述收側(cè)補(bǔ)償電路的另一輸出端與接收側(cè)半有源整流器的無源橋臂中點(diǎn)相連接，所述接收側(cè)半有源整流器的輸出端與負(fù)載rl相連接。

6、優(yōu)選的，所述發(fā)射側(cè)逆變器單元為結(jié)型場效應(yīng)管sp1-sp4構(gòu)成的橋式逆變電路。

7、優(yōu)選的，所述接收側(cè)半有源整流器包括無源橋臂單元、有源橋臂單元和輸出濾波電容co，所述無源橋臂單元包括二極管d1、二極管d2；所述有源橋臂單元包括開關(guān)管ss1、開關(guān)管ss2，

8、所述開關(guān)管ss1的源極、開關(guān)管ss2的漏極相連接，并做為接收側(cè)半有源整流器的有源橋臂中點(diǎn)與收側(cè)補(bǔ)償電路的一輸出端相連接，

9、所述二極管d1的正極、二極管d2的負(fù)極相連接，并做為接收側(cè)半有源整流器的無源橋臂中點(diǎn)與所述收側(cè)補(bǔ)償電路的另一輸出端相連接，

10、所述二極管d1的負(fù)極、開關(guān)管ss1的漏極共同與輸出濾波電容co的正極相連接，所述二極管d2的正極、開關(guān)管ss2的源極共同與輸出濾波電容co的負(fù)極相連接，

11、所述輸出濾波電容co的正、負(fù)極做為接收側(cè)半有源整流器的輸出端與負(fù)載rl相連接。

12、優(yōu)選的，還包括輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路，所述輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路包括開關(guān)管q1、主控芯片mcu以及開關(guān)管驅(qū)動芯片driver，

13、所述收側(cè)補(bǔ)償電路的另一輸出端分別與電阻r1的一端、開關(guān)管q1的漏極相連接，所述電阻r1的另一端與接收側(cè)半有源整流器的正輸出端相連接，所述開關(guān)管q1的柵極與主控芯片mcu的供電電源相連接，所述開關(guān)管q1的柵極還通過電阻r2與主控芯片mcu的外部觸發(fā)引腳相連接，所述開關(guān)管q1的源極與主控芯片mcu的外部觸發(fā)引腳直接相連接，所述主控芯片mcu的pwm輸出引腳與開關(guān)管驅(qū)動器driver的輸入端相連接，所述開關(guān)管驅(qū)動器driver的輸出端分別與有源橋臂單元開關(guān)管ss1、開關(guān)管ss2的柵極相連接。

14、優(yōu)選的，所述發(fā)射側(cè)補(bǔ)償電路、接收側(cè)補(bǔ)償電路可為串聯(lián)電容補(bǔ)償電路、并聯(lián)電容補(bǔ)償電路、lcc補(bǔ)償電路、lcl補(bǔ)償電路，用于滿足不同的負(fù)載特性要求。

15、優(yōu)選的，所述主控芯片mcu可選用stm32g474、tms320f28335或者tms32f28377微型集成ic電路，

16、所述開關(guān)管驅(qū)動器driver可選用2edf7275kxuma1或者tps51604dsgr微型集成柵極驅(qū)動ic電路。

17、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，將全橋有源整流器的一個有源橋臂換成由兩個二極管組成的無需控制的無源橋臂，該方式可以在簡化整流器控制的同時保證接收側(cè)所有的開關(guān)管的軟開關(guān)，并利用無源橋臂的被動整流特性簡化副邊諧振電流過零點(diǎn)采樣電路，設(shè)計的輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路，電路簡單，控制方便；本發(fā)明采用的半有源整流器只有一個有源橋臂，可以減少接收側(cè)控制變量，進(jìn)而明顯簡化接收側(cè)有源整流器的控制策略。同時，由于無源橋臂的被動整流特性，接收側(cè)半有源整流器的所有開關(guān)管都能實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通特性，輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路也簡化到只由一個開關(guān)管和兩個電阻組成，容易實(shí)現(xiàn)，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：包括輸入電源vin、發(fā)射側(cè)逆變器單元、發(fā)射側(cè)補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈lp、接收線圈ls、接收側(cè)補(bǔ)償電路、接收側(cè)半有源整流器和負(fù)載rl，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射側(cè)逆變器單元為結(jié)型場效應(yīng)管sp1-sp4構(gòu)成的橋式逆變電路。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：所述接收側(cè)半有源整流器包括無源橋臂單元、有源橋臂單元和輸出濾波電容co，所述無源橋臂單元包括二極管d1、二極管d2；所述有源橋臂單元包括開關(guān)管ss1、開關(guān)管ss2，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：還包括輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路，所述輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路包括開關(guān)管q1、主控芯片mcu以及開關(guān)管驅(qū)動芯片driver，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射側(cè)補(bǔ)償電路、接收側(cè)補(bǔ)償電路可為串聯(lián)電容補(bǔ)償電路、并聯(lián)電容補(bǔ)償電路、lcc補(bǔ)償電路、lcl補(bǔ)償電路，用于滿足不同的負(fù)載特性要求。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：所述主控芯片mcu可選用stm32g474、tms320f28335或者tms32f28377微型集成ic電路，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于半有源整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)，包括輸入電源V<subgt;in</subgt;、發(fā)射側(cè)逆變器單元、發(fā)射側(cè)補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈L<subgt;p</subgt;、接收線圈L<subgt;s</subgt;、接收側(cè)補(bǔ)償電路、接收側(cè)半有源整流器和負(fù)載R<subgt;L</subgt;，本發(fā)明將全橋有源整流器的一個有源橋臂換成由兩個二極管組成的無需控制的無源橋臂，該方式在簡化整流器控制的同時保證接收側(cè)所有的開關(guān)管的軟開關(guān)，并利用無源橋臂的被動整流特性簡化副邊諧振電流過零點(diǎn)采樣電路，設(shè)計的輸出電壓控制及副邊諧振電流過零點(diǎn)檢測電路，電路簡單，控制方便，容易實(shí)現(xiàn)，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：袁曉冬,韓華春,繆惠宇,甘海慶,曾飛,王明深,潘益,焦系澤,呂舒康
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/3/10