一种无线电能传输装置及系统的制作方法

本发明涉及无线电能传输，尤其涉及一种无线电能传输装置及系统。

背景技术：

1、无线电能传输技术已经在手机等消费电子产品中得到了广泛应用，并且这种技术在电动汽车、智能制造、潜航器等交通和工业领域也具有广泛的应用前景。通过使用无线电能传输技术，可以提高充电的便利性和供电的灵活性，从而促进电动汽车的普及，并且推动移动设备的自动化和无人化。

2、在大功率应用中，无线电能传输装置仍然面临能量传输效率低的问题，导致无线电能传输装置的经济性较差、发热量大、功率受限等。当实际的负载和耦合条件偏离了设计工况时，能量传输效率将进一步下降，远低于其理论最大值。

3、为了解决这些问题，研究人员提出了多种最大效率跟踪控制方法，以使无线电能传输装置在不同工况下保持最高的能量传输效率。最大效率跟踪控制方法可以分为直流电压调制、移相调制和脉冲密度调制等。

4、其中，脉冲密度调制具有结构紧凑、开关损耗小、能量无环流等优点，因此得到了广泛的关注。但脉冲密度调制产生的间谐波会在特定条件下引起无线电能传输装置的低频振荡，这会导致无线电能传输装置的能量传输效率下降，以及出现过流的风险等。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提出了一种无线电能传输装置及系统，可以有效的抑制现有技术中由于脉冲密度调制产生的间谐波在特定条件下引起无线电能传输装置的低频振荡，以避免无线电能传输装置的能量传输效率下降，以及出现过流的风险等。

2、为实现上述目的，本发明在第一方面提供一种无线电能传输装置，所述装置包括：

3、依次连接的原边间谐波抑制电路、逆变电路、磁耦合串联谐振网络、整流电路、副边间谐波抑制电路和充放能电路；

4、所述原边间谐波抑制电路用于将直流电源提供的第一直流电转换为第二直流电，并将所述第二直流电传输至所述逆变电路；

5、所述逆变电路用于将所述第二直流电逆变为第一交流电，并将所述第一交流电传输至所述磁耦合串联谐振网络；

6、所述磁耦合串联谐振网络用于将所述第一交流电转换为第二交流电，并将所述第二交流电传输至所述整流电路；

7、所述整流电路用于将所述第二交流电整流为第三直流电，并将所述第三直流电传输至所述副边间谐波抑制电路；

8、所述副边间谐波抑制电路用于将所述第三直流电转换为第四直流电，并将所述第四直流电传输至所述充放能电路；

9、所述充放能电路用于将所述第四直流电转换为第五直流电，并将所述第五直流电传输至负载，以为所述负载供电；

10、所述逆变电路用于根据脉冲密度调制得到的驱动信号将所述第二直流电逆变为所述第一交流电，和/或所述整流电路用于根据所述脉冲密度调制得到的驱动信号将所述第二交流电整流为所述第三直流电；

11、在所述脉冲密度调制产生的间谐波引起所述第一交流电中的谐振电流幅值振荡，使得所述第一交流电中的谐振电流幅值吸取所述第二直流电中的直流侧电压幅值变大，导致所述第二直流电中的直流侧电压幅值变小的情况下，所述原边间谐波抑制电路用于将所述第一直流电与所述第二直流电隔离，使得所述第一直流电不会对第二直流电进行补偿，所述第二直流电中的直流侧电压幅值变小使得所述第一交流电中的谐振电流幅值吸取的所述第二直流电中的直流侧电压幅值变小，以减小所述第一交流电中的谐振电流的幅值；

12、在所述脉冲密度调制产生的间谐波引起所述第二交流电中的谐振电流幅值振荡，使得所述第二交流电中的谐振电流幅值吸取所述第三直流电中的直流侧电压幅值变大，导致所述第三直流电中的直流侧电压幅值变小的情况下，所述副边间谐波抑制电路用于将所述第三直流电与所述第四直流电隔离，使得所述第四直流电不会对所述第三直流电进行补偿，所述第三直流电中的直流侧电压幅值变小使得所述第二交流电中的谐振电流幅值吸收的所述第三直流电中的直流侧电压幅值变小，以减小所述第二交流电中的谐振电流的幅值。

13、可选地，所述原边间谐波抑制电路包括第一电感和第一电容；

14、所述第一电感的一端与所述第一电容的一端连接；

15、所述第一电感的一端与所述逆变电路连接，所述第一电感的另一端与所述直流电源连接，所述第一电容的另一端分别与所述直流电源、所述逆变电路连接。

16、可选地，所述副边间谐波抑制电路包括第二电感和第二电容；

17、所述第二电感的一端与所述第二电容的一端连接；

18、所述第二电感的一端与所述整流电路连接，所述第二电感的另一端与所述充放能电路连接，所述第二电容的另一端分别与所述充放能电路、所述整流电路连接。

19、可选地，所述充放能电路包括第三电容；

20、所述第三电容的一端分别与所述第二电感的另一端、所述负载连接，所述第三电容的另一端分别与所述第二电容的另一端、所述负载连接。

21、可选地，所述磁耦合串联谐振网络包括原边谐振电路和副边谐振电路；

22、所述原边谐振电路与所述逆变电路连接，所述副边谐振电路与所述整流电路连接；

23、所述逆变电路用于将所述第一交流电传输至所述原边谐振电路；

24、所述原边谐振电路用于将所述第一交流电转换为交变磁场；

25、所述副边谐振电路用于将所述交变磁场转换为所述第二交流电，并将所述第二交流电传输至所述整流电路。

26、可选地，所述原边谐振电路包括第四电容、发射线圈和第一电阻；

27、所述第四电容的一端与所述发射线圈的一端连接，所述发射线圈的另一端与所述第一电阻的一端连接；

28、所述第四电容的另一端、所述第一电阻的另一端均与所述逆变电路连接。

29、可选地，所述副边谐振电路包括第五电容、接收线圈和第二电阻；

30、所述第五电容的一端与所述接收线圈的一端连接，所述接收线圈的另一端与所述第二电阻的一端连接；

31、所述第五电容的另一端、所述第二电阻的另一端均与所述整流电路连接。

32、可选地，所述逆变电路包括由四个开关管组成的全桥型逆变器，或由两个开关管组成的半桥型逆变器。

33、可选地，所述整流电路包括由四个二极管组成的全桥型整流器，或由两个二极管组成的半桥型整流器。

34、为实现上述目的，本发明在第二方面提供一种无线电能传输系统，所述系统包括直流电源、负载和如第一方面中任一项所述的无线电能传输装置。

35、采用本发明实施例，具有如下有益效果：上述装置包括依次连接的原边间谐波抑制电路、逆变电路、磁耦合串联谐振网络、整流电路、副边间谐波抑制电路、和充放能电路；原边间谐波抑制电路用于将直流电源提供的第一直流电转换为第二直流电，并将第二直流电传输至逆变电路；逆变电路用于将第二直流电逆变为第一交流电，并将第一交流电传输至磁耦合串联谐振网络；磁耦合串联谐振网络用于将第一交流电转换为第二交流电，并将第二交流电传输至整流电路；整流电路用于将第二交流电整流为第三直流电，并将第三直流电传输至副边间谐波抑制电路；副边间谐波抑制电路用于将第三直流电转换为第四直流电，并将第四直流电传输至充放能电路；充放能电路用于将第四直流电转换为第五直流电，并将第五直流电传输至负载，以为负载供电；逆变电路用于根据脉冲密度调制得到的驱动信号将第二直流电逆变为第一交流电，和/或整流电路用于根据脉冲密度调制得到的驱动信号将第二交流电整流为第三直流电；通过在直流电源与逆变电路之间设置有原边间谐波抑制电路，可以在脉冲密度调制产生的间谐波引起第一交流电中的谐振电流幅值振荡，使得第一交流电中的谐振电流幅值吸取第二直流电中的直流侧电压幅值变大，导致第二直流电中的直流侧电压幅值变小的情况下，原边间谐波抑制电路用于将第一直流电与第二直流电隔离，使得第一直流电不会对第二直流电进行补偿，第二直流电中的直流侧电压幅值变小使得第一交流电中的谐振电流幅值吸取的第二直流电中的直流侧电压幅值变小，以减小第一交流电中的谐振电流的幅值；以及通过在负载与逆变电路之间设置有副边间谐波抑制电路，可以在脉冲密度调制产生的间谐波引起第二交流电中的谐振电流幅值振荡，使得第二交流电中的谐振电流幅值吸取第三直流电中的直流侧电压幅值变大，导致第三直流电中的直流侧电压幅值变小的情况下，副边间谐波抑制电路用于将第三直流电与第四直流电隔离，使得第四直流电不会对第三直流电进行补偿，第三直流电中的直流侧电压幅值变小使得第二交流电中的谐振电流幅值吸收的第三直流电中的直流侧电压幅值变小，以减小第二交流电中的谐振电流的幅值；即，通过减小第一交流电中的谐振电流的幅值，以及通过减小第二交流电中的谐振电流的幅值，可以有效的抑制现有技术中由于脉冲密度调制产生的间谐波在特定条件下引起无线电能传输装置的低频振荡，以避免无线电能传输装置的能量传输效率下降，以及出现过流的风险等。