用于ipt系统的lcl网络结构及其参数设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及感应电能传输（In化CtivePowerTransfer,IPT)技术，具体地说，是 一种用于IPT系统的LCL网络结构及其参数设计方法。
【背景技术】
[0002] 感应电能传输（In化CtivePowerTransfer)技术，简称为IPT技术，是一种借助 于高频电磁场实现电能传输的技术，近几年内受到学者的广泛关注。
[0003] 在IPT系统中，由于系统原、副边之间存在着空气间隙，因此，一般采用高频谐振 的方式来提高系统能量的传输效率。传统的IPT系统的原、副边通常采用单级LC谐振网络 进行能量的传输。但是运种谐振型IPT系统中，副边负载会在原边LC谐振回路中引入较大 的反射阻抗，使得原边的软开关工作频率对负载变化极为敏感，甚至会出现多周期工作点 现象，系统运行不稳定，而且当系统功率增大时，原边开关管会承受很大的电压、电流应力。
[0004] 为了克服输出电流对负载变化极为敏感的缺点，有人提出了使用IXL网络结构， 传统IXL网络具有输出电流与负载无关的特性，很适合用于IPT系统的原边网络，使原边发 射线圈电流恒定，不受负载的影响。但是，实际使用中发现，此网络应用于IPT系统原边电 路时，具有逆变器输出电流高次谐波分量较大、参数设计不灵活等缺点。
【发明内容】
阳0化]基于上述缺陷，本发明首先提出一种用于IPT系统的IXL网络结构，在传统IXL网 络的基础上，增设一对相互禪合的绕组，通过调整禪合绕组之间的互感系数来降低电路器 件参数选型的难度。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案为：
[0007] 一种用于IPT系统的LCL网络结构，其关键在于，包括W下六种拓扑形式，具体 为：
[0008] a、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组LeW及发射 线圈Lp,所述第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用同 名端相连，所述第一绕组La与第二绕组的公共端还经过电容LA连接在所述第二输入端上；
[0009] b、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组LeW及发射 线圈Lp,所述第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用异 名端相连，所述第一绕组La与第二绕组的公共端还经过电容CP连接在所述第二输入端上；
[0010] C、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组LeW及电容 Cp,所述第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用同名端 相连，所述第一绕组La与第二绕组的公共端还经过发射线圈LP连接在所述第二输入端上；
[0011] t在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组LeW及电容 Cp,所述第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用异名端 相连，所述第一绕组La与第二绕组的公共端还经过发射线圈LP连接在所述第二输入端上；
[0012] e、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一电感Li、第一绕组LaW及电容 Cp,第一电感Li与第一绕组L A的公共端还依次串接第二绕组L e和发射线圈L P后接所述第 二输入端，第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用同名 端相连；
[0013] f、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一电感Li、第一绕组LaW及电容 Cp,第一电感Li与第一绕组L A的公共端还依次串接第二绕组L e和发射线圈L P后接所述第 二输入端，所述第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用 异名端相连。
[0014] 基于上述六种新型的IXL网络结构，可W发现，在IXL网络中，存在有一对相互禪 合的线圈绕组，即第一绕组La与第二绕组Le,两个绕组之间可W采用同名端连接，也可W采 用异名端连接，不同的连接方式能够分析出不同的恒流条件和同相条件，运些条件除了与 元器件自身参数相关，还与第一绕组La与第二绕组L e之间的互感系数相关，因此，将运些 新型的LCL网络拓扑结构应用在IPT系统中，除了能够保证原边发射线圈电流不受负载影 响，还能降低电路中各个元器件参数选型的难度，当某一元器件的参数无法达到要求时，可 W通过改变第一绕组La与第二绕组Le之间的互感系数来调整其他元器件的参数，使得整个 系统仍然保持恒流条件和同相条件。
[0015] 在上述各种电路拓扑结构的基础上，本发明还提出了一种用于IPT系统的LCL网 络结构的参数设计方法，具体按照W下步骤进行：
[0016] 步骤1 :给定参数：包括发送线圈电流值Ip,wt、系统角频率《、输入电压UdcW及发 射线圈电感值Lp,按照
计算通用T型S端口 IXL网络中第一电感的电感 值；
[0017] 步骤2 :判断第一电感的电感值Li是否大于发射线圈电感值L P，如果是，则选择a、 b、C、e或f中的一种拓扑形式；否则进入步骤3 ;
[0018] 步骤3 :判断第一电感的电感值Li是否小于发射线圈电感值L P，如果是，则选择d 或e中的一种拓扑形式，否则，选择e运种拓扑形式；
[0019] 步骤4 :设定禪合系数Ki,所述禪合系数Ki小于0. 5,根据不同LCL网络结构的恒 流条件、恒流时发射线圈Lp的电流公式W及同相条件计算出第一绕组La、第二绕组Le、电容 Cp的大小，再根据所得的第一绕组L A、第二绕组Le的值计算互感值M1的大小，所述互感值M1 的计算公式为，
[0020] 步骤5 :步骤4所得的第一绕组La、第二绕组Lb、电容Cp W及互感值M 1是否能够实 现，如果能实现，则设计完成；否则改变禪合系数Ki或网络拓扑类型，返回步骤4重新计算 新的参数值。
[0021] 通过该方法，可W针对不同的IPT系统选择一种最佳的IXL网络结构，通过调整第 一绕组La与第二绕组L e之间的禪合系数K 1，然后根据IXL网络结构的恒流公式、恒流时发 射线圈Lp的电流公式W及同相条件公式，计算出第一绕组La、第二绕组Le及其互感值Mi的 值，再结合实际中能否实现的情况，循环计算，最终可W得到最佳的设计参数，降低了电路 设计和参数选型的难度。
[0022] 本发明的显著效果是：通过对传统IXL网络结构的改进，设计出的各种新型的LCL 网络结构，在传统的IXL网络中引入了相互禪合的线圈绕组，使得电路设计时，能够通过调 整禪合线圈之间的禪合系数来降低电路元器件的参数选型时的难度，按照具体的设计方法 进行参数设计，能够满足不同场景IPT系统的稳定运行，在保证原边发射线圈恒流、同相的 前提下，大大的降低了设计成本。
【附图说明】
[002引图1是本发明的六种新型IXL网络拓扑形式；
[0024] 图2是图1中a形式IXL网络拓扑的等效电路图；
[0025] 图3是图2的S端口 T型阻抗模型； 阳0%] 图4是传统的LCL网络拓扑结构；
[0027] 图5是本发明的参数设计方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】W及工作原理作进一步详细说明。
[0029] 如图1所示，一种用于IPT系统的IXL网络结构，包括W下六种拓扑形式，具体为：
[0030] a、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组Le W及发射 线圈Lp,所述第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用同 名端相连，所述第一绕组La与第二绕组的公共端还经过电容L A连接在所述第二输入端上；
[0031] b、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组Le W及发射 线圈Lp,所述第一绕组La与第二绕组Le为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用异 名端相连，所述第一绕组La与第二绕组的公共端还经过电容C P连接在所述第二输入端上；
[0032] C、在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组Le W及电容 Cp,所述第一绕组La与第二绕组L e为一对相互禪合的禪合电感且二者的公共端采用同名端 相连，所述第一绕组La与第二绕组的公共端还经过发射线圈L P连接在所述第二输入端上；
[0033] t在第一输入端和第二输入端之间依次串联有第一绕组La、第二绕组Le W及电容