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申请/专利权人：西南交通大学;北京机电工程研究所

摘要：本发明公开了一种本质恒流恒压自动平滑切换特性的高效率ICPT谐振拓扑，包括发射端电路、松耦合变压器和接收端电路；发射端电路能将输入直流电转换为特定频率的交流电，补偿松耦合变压器产生的无功；松耦合变压器能产生特定频率的交变磁场，将发射端电路中的电能以磁场的方式传输到接收端电路；接收端电路能补偿松耦合变压器产生的无功，将交流电转换为直流电，为负载提供电能并根据负载变化实现所需的恒流恒压输出特性并进行恒流恒压自动平滑切换。本发明提供的ICPT谐振拓扑无需闭环控制和原副边通信，并解决了传统ICPT系统实现复杂、成本高、体积大和可靠性差的问题。

主权项：1.一种本质恒流恒压自动平滑切换特性的高效率ICPT谐振拓扑，其特征在于，包括直流输入电源Vin、发射端电路1、松耦合变压器2、接收端电路3、负载RL；发射端电路1包括高频逆变单元和一次侧T型补偿单元；高频逆变单元包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4；高频逆变单元用于将直流输入电源Vin斩波成特定频率的交流电，并传输至一次侧T型补偿单元；一次侧T型补偿单元包括电容CP1、电感Lf1和电容CP2；电容CP1的一端连接高频逆变单元的第一输出端口A，电容CP1的另一端同时连接电感Lf1的一端和电容CP2的一端；电感Lf1的另一端同时连接高频逆变单元的第二输出端口B和原边线圈Lp的一端；所述电容CP2的另一端连接原边线圈Lp的另一端；一次侧T型补偿单元用于与松耦合变压器原边线圈自感Lp形成谐振回路，在实现逆变器输出电流与方波电压零阻抗角的同时，补偿松耦合变压器因耦合系数较低而产生的无功；根据恒压阶段的充电电压和设定的拓扑工作角频率确定一次侧T型补偿单元的参数，表示为： ； ； 其中：V0_CV为恒压阶段的充电电压，M为松耦合变压器原边线圈和副边线圈间的互感，Vin为直流输入电源的电压值，ωr为设定的拓扑工作角频率，Lp为原边线圈自感；松耦合变压器2包括原边线圈Lp和副边线圈Ls；副边线圈Ls的一端连接电容CS1的一端，副边线圈Ls的另一端连接全桥整流单元的中点端口D；松耦合变压器用于产生特定频率的交变磁场，并通过磁场感应原理将发射端电路1中的电能以磁场的方式传输到接收端电路3；接收端电路3包括二次侧补偿单元和全桥整流单元；二次侧T型补偿单元包括电容CS1、电感L2和电容CS2；电容CS1的另一端同时连接电感L2的一端和电容CS2的一端；电感L2的另一端连接全桥整流单元的输出端口O点；电容CS2的另一端连接全桥整流单元的的中点端口C；二次侧T型补偿单元用于与松耦合变压器形成谐振回路，通过谐振回路接收松耦合变压器传输的特定频率的交流电，并将特定频率的交流电传输至全桥整流单元，补偿补偿松耦合变压器因耦合系数较低而产生的无功；全桥整流单元用于接收特定频率的交流电，将特定频率的交流电转换为直流电，通过直流电为负载RL提供电能，并根据负载RL电压变化与二次侧T型补偿单元协同进行恒流恒压自动平滑切换；根据恒流阶段的充电电流和设定的拓扑工作角频率确定二次侧T型补偿单元的参数，表示为： ； ； 其中：I0_CC为恒流阶段的充电电流，M为松耦合变压器原边线圈和副边线圈间的互感，Vin为直流输入电源的电压值，ωr为设定的拓扑工作角频率，Ls为副边线圈自感；接收端电路3根据负载RL电压变化进行恒流恒压自动平滑切换的具体过程为：负载RL开始充电，负载RL电压V0低于恒压阶段的充电电压V0_CV，拓扑结构等效为一个输出电流值为I0_CC的恒流输出CLC-CLC谐振ICPT拓扑；负载RL持续充电，负载RL电压V0不断增加，当负载RL电压V0等于恒压阶段的充电电压V0_CV点时，全桥整流单元中与电容CS2相连的桥臂二极管承受反压而自动截止，电容CS2从二次侧T型补偿单元中自动切除，电容CS1补偿副边自感LS与电感L2，拓扑结构等效为一个输出电压值为V0_CV的恒压输出CLC-S拓扑，电路由恒流输出转变为恒压输出。

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