基于LCC-P拓扑补偿网络的无人机无线充电系统及方法

基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统及方法
技术领域
1.本发明涉及无线电能传输领域，特别是一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统。


背景技术：

2.无人机无线充电技术利用了电磁波感应原理及相关的交流感应技术，主要由发射端和接收端两部分组成，发射端线圈隔空发射交流信号，通过接收端來接收，接收端将电能传输给负载，其主要原理与变压器原理类似。目前，无线电能传输主要有感应耦合式无线能量传输、电磁波无线能量传输、磁耦合谐振式无线能量传输这三种传输方式，其中磁耦合谐振式无线充电技术具有福射小、传输距离长、效率高等特点，因此被广泛运用于无人机无线充电技术。
3.谐振是一种非常高效的能量传输方式，谐振式能量传输技术，是利用两个具有相同的特定谐振频率的线圈和电容组成的电磁系统，在相距一定的距离时，电感线圈和电容产生谐振，送样能量便可在物体间交互，从而完成能量传递。
4.传统磁耦合谐振式无人机无线充电技术，根据线圈和电容连接方式的不同，其补偿网路有四种基本的拓扑结构，分别是串-串(s/s)、串-并(s/p)、并-串(p/s)以及并-并(p/p)。四种拓扑结构中，s/s型巧扑结构输出的功率有效值最大，s/p型拓扑次之，p/s型和p/p型很小。基础的p/p型拓扑补偿网络传输效率最高，但是其传输的功率很小，并且无法同时实现恒压恒流充电。双边lcc补偿网络是目前研究出的效率最高和功率最大的补偿网络，是在四种基本的拓扑结构上进行改良而形成的补偿网络，可以实现恒流输出，但无法实现恒压输出，并且其无源器件数目和开关数目过多，设计复杂，此外无人机载重有限，使得双边lcc补偿网络无法运用于无人机无线充电系统。
5.目前绝大多数无人机均使用锂电池，而锂电池充电过程可以分为四个阶段：涓流充电、恒流充电、恒压充电以及充电终止，即对锂电池进行充电要求先进行恒流充电，再进行恒压充电。由此便要求无人机无线充电系统既能实现恒流充电又能实现恒压充电。
6.综上所述，目前尚无一种技术可实现高效率高功率且同时实现恒压恒流充电并且能够运用于无人机无线充电领域的传输方式。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对基础p/p补偿网络功率低，双边lcc补偿网络成本高、效率低、无法同时实现恒压恒流充电的问题，提供一种成本低、效率高的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统及方法，既能保持高功率高效率，又能实现恒压恒流充电，为后续改进无线充电拓扑补偿网络提供新的思路。
8.实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统，该系统包括发射端和接收端，其中：
9.发射端包括依次连接的直流电源、全桥高频逆变器、原边lcc拓扑补偿网络、原边
线圈；
10.接收端包括依次连接的副边线圈、副边p型拓扑补偿网络、整流滤波电路、dc-dc电路和电池负载。
11.一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电方法，步骤如下：
12.步骤s1、采用全桥高频逆变电路，将输入的直流电转换为高频的交流电；
13.步骤s2、设置lcc-p拓扑补偿网络，lcc-p拓扑补偿网络包括原边lcc拓扑补偿网络、副边p型拓扑补偿网络，其中原边lcc拓扑补偿网络包括原边串联补偿电感ls1、原边并联补偿电容cp1、原边串联补偿电容cs1；所述副边p型拓扑补偿网络包括副边并联补偿电容cp2；
14.步骤s3、采用t形等效模型进行分析，将原边线圈和副边线圈等效于t形连接的原边线圈自感l1、副边线圈自感l2以及原副线圈互感m；
15.步骤s4、根据t形等效模型分析结果信息，获取无线充电系统的lcc-p拓扑补偿网络的结果信息；
16.步骤s5、采用桥式整流电路以及dc-dc电路，输出所需幅值的直流电，实现恒压恒流充电。
17.本发明与现有技术相比，其显著优点为：
18.(1)基于lcc-p拓扑补偿网络进行无人机无线充电，有效地解决了基础的p/p补偿网络功率低，双边lcc补偿网络成本高、效率低的问题，提供了一种高功率高效率的传输方式；
19.(2)基于lcc-p拓扑补偿网络进行无人机无线充电，发射端采用lcc拓扑补偿网络，接收端采用p型拓扑补偿网络，能在不改变电路内部电容、电感连接方式的情况下，同时实现恒压充电及恒流充电；
20.(3)基于lcc-p拓扑补偿网络进行无人机无线充电，接收端采用p型拓扑补偿网络，极大地减少了接收端的无源器件，减轻的接收端的重量，使得无人机的载重减轻。
附图说明
21.图1为本发明所提供的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统示意图。
22.图2为本发明所提供的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统的t形等效恒压电路示意图。
23.图3为本发明所提供的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统的t形等效恒流电路示意图。
具体实施方式
24.容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
25.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本
发明的范围。
26.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
27.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
28.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
29.本发明一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统，该系统包括发射端和接收端，其中：
30.发射端包括依次连接的直流电源、全桥高频逆变器、原边lcc拓扑补偿网络、原边线圈；
31.接收端包括依次连接的副边线圈、副边p型拓扑补偿网络、整流滤波电路、dc-dc电路和电池负载。
32.作为一种具体示例，所述原边lcc拓扑补偿网络、副边p型拓扑补偿网络构成lcc-p拓扑补偿网络。
33.作为一种具体示例，所述原边lcc拓扑补偿网络包括原边串联补偿电感ls1、原边并联补偿电容cp1、原边串联补偿电容cs1；所述副边p型拓扑补偿网络包括副边并联补偿电容cp2。
34.作为一种具体示例，所述原边串联补偿电感ls1的一端连接于全桥高频逆变器桥臂q1与桥臂q2之间，所述原边并联补偿电容cp1的一端连接于全桥高频逆变器桥臂q3与桥臂q4之间；所述原边串联补偿电感ls1的另一端、原边并联补偿电容cp1的另一端、原边串联补偿电容cs1的一端相连接；所述原边串联补偿电容cs1的另一端连接于原边线圈的一端，原边线圈的另一端连接于原边并联补偿电容cp1的一端。
35.作为一种具体示例，所述副边并联补偿电容cp2的一端分别连接于副边线圈的一端、整流滤波电路第一整流二极管d1与第二整流二极管d2之间；副边并联补偿电容cp2的另一端分别连接于副边线圈的另一端、整流滤波电路第三整流二极管d3与第四整流二极管d4之间。
36.本发明一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电方法，步骤如下：
37.步骤s1、采用全桥高频逆变电路，将输入的直流电转换为高频的交流电；
38.步骤s2、设置lcc-p拓扑补偿网络，lcc-p拓扑补偿网络包括原边lcc拓扑补偿网络、副边p型拓扑补偿网络，其中原边lcc拓扑补偿网络包括原边串联补偿电感ls1、原边并联补偿电容cp1、原边串联补偿电容cs1；所述副边p型拓扑补偿网络包括副边并联补偿电容cp2；
39.步骤s3、采用t形等效模型进行分析，将原边线圈和副边线圈等效于t形连接的原边线圈自感l1、副边线圈自感l2以及原副线圈互感m；
40.步骤s4、根据t形等效模型分析结果信息，获取无线充电系统的lcc-p拓扑补偿网络的结果信息；
41.步骤s5、采用桥式整流电路以及dc-dc电路，输出所需幅值的直流电，实现恒压恒流充电。
42.作为一种具体示例，所述步骤s1，具体如下：
43.全桥高频逆变电路使用具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对功率器件发出开关脉冲控制信号，控制多个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压后，整流滤波输出符合要求的交流电。
44.作为一种具体示例，所述步骤s3，具体如下：
45.原副边线圈等效为松耦合变压器，在正弦稳态下，由向量模型列出电压方程
46.u1＝jwl1i1+jwmi247.u2＝jwl2i2+jwmi248.其中，u1为原边线圈输入电压，u2为副边线圈输出电压，i1为原边线圈输入电流，i2副边线圈输出电流，l1为原边线圈自感，l2为副边线圈自感，m为原副边线圈互感；
49.把上式改写为
50.u1＝jwl1i
1-jwmi1+jwmi1+jwmi251.u2＝jwl2i
2-jwmi2+jwmi2+jwmi252.即
53.u1＝jw(l
1-m)i1+jwm(i1+i2)
54.u2＝jw(l
2-m)，2+jwm(i2+i2)
55.上式是t形等效后的电路的网孔电压方程，所以原副线圈与t形等效电路对于u1、u2、i1、i2而言是互相等效的。
56.作为一种具体示例，所述步骤s4，具体如下：
57.lcc-p拓扑补偿网络中，原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
p1
、原边串联补偿电容c
s1
、副边并联补偿电容c
p2
的数值选取满足如下条件：
58.(1)lcc-p拓扑补偿网络恒流模式
59.lcc-p恒流输出模式等效电路需要满足谐振关系如下
[0060][0061]
其中，w1为恒流输出模式谐振条件下的频率，l
s1
为原边串联补偿电感，c
p1
为原边并联补偿电容；
[0062][0063]
其中，l
p2
为恒流输出模式下副边线圈的等效电感，m为原副边线圈互感；
[0064]
由上式求得
[0065][0066]
其中，u1为原边线圈输入电压，i2为副边线圈输出电流；
[0067]
输出电流是一个与负载无关的恒定值，即lcc-p拓扑补偿网络实现系统的恒流输出；
[0068]
(2)lcc-p拓扑补偿网络恒压模式：
[0069]
lcc-p恒压输出模式等效电路需要满足谐振关系如下，
[0070][0071]
其中，l
pl_2
为恒压输出模式下原边线圈的等效电感，w2为恒压输出模式谐振条件下的频率，l
s1
为原边串联补偿电感，c
p1
为原边并联补偿电容；
[0072][0073]
其中，c
s1_2
为恒压输出模式下原边线圈的等效电容，l
p2
为恒流输出模式下副边线圈的等效电感，m为原副边线圈互感；
[0074][0075]
其中，c
1_1
与l
1_1
分别为l
p1_2
与l
p1_2
交换位置后的电容电感；
[0076]
由上式求得
[0077][0078]
其中，u2为副边线圈输出电压；
[0079]
由于原边线圈输入电压u1、原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
p1
、为恒压输出模式谐振条件下的频率w2以及系数k均为定值，故副边线圈输出电压u2也为定值，即lcc-p拓扑补偿网络能实现恒压输出；
[0080]
并且通过恒压输出模式中的4个式子，计算原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
p1
、原边串联补偿电容c
s1
、副边并联补偿电容c
p2
的取值。
[0081]
作为一种具体示例，所述步骤s5，具体如下：
[0082]
桥式整流电路由四只相同的整流二极管组成，分别为第一整流二极管d1、第二整流二极管d2、第三整流二极管d3、第四整流二极管d4；在正半周时由第一整流二极管d1、第三整流二极管d3导引电流自上而下通过负载rl，负半周时由第二整流二极管d2、第四整流二极管d4导引电流也是自上而下通过负载rl，从而实现全波整流；
[0083]
在正半周期间，第二整流二极管d2、第四整流二极管d4正向偏置，第一整流二极管d1、第三整流二极管d3反向偏置并且不导通；在负半周期间，第一整流二极管d1、第三整流二极管d3正向偏置，第二整流二极管d2、第四整流二极管d4反向偏置并且不导通；在正半周期间和负半周期间，流经负载rl的电流方向相同，正半周期间和负半周期间的输出直流信号的极性相同，从而实现恒压恒流充电。
[0084]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方案作进一步详细描述。
[0085]
实施例
[0086]
本实施例提供一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统及方法，具体包括以下步骤：
[0087]
步骤1：选择全桥高频逆变电路，将输入的直流电转换为高频的交流电。全桥高频逆变电路使用具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对功率器件发出开关脉冲控制信号，控制多个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压后，整流滤波输出符合要求的交流电。
[0088]
如图1所示，桥臂q1与q4为一对，桥臂q2与q3为一对，成对的桥臂同时导通同时截止，两对桥臂交替导通。当桥臂q1与q4导通时，负载电压为正；当桥臂q2与q3导通时，负载电压为负。
[0089]
步骤2：选用于lcc-p拓扑补偿网络，具体为原边lcc拓扑补偿网络以及副边p型拓扑补偿网络，其中ls1为原边串联补偿电感、cp1为原边并联补偿电容，cs1为原边串联补偿电容，cp2为副边并联补偿电容。
[0090]
如图1所示，所述原边串联补偿电感ls1和所述原边并联补偿电容cp1连于所述全桥逆变电路的两端，所述原边线圈分别连于所述原边串联补偿电容cs1和所述原边并联补偿电容cp1，所述副边线圈依次连于所述副边并联补偿电容cp2以及所述整流滤波电路。
[0091]
步骤3：在本电路形式上采用t形等效模型进行分析，将原副线圈等效于t形连接的原边线圈自感l1，副边线圈自感l2以及原副线圈互感m。
[0092]
原副边线圈等效为松耦合变压器，在正弦稳态下，由向量模型可列出电压方程
[0093]
u1＝jwl1i1+jwmi2[0094]
u2＝jwl2i2+jwmi2[0095]
其中，u1为原边线圈输入电压，u2为副边线圈输出电压，i1为原边线圈输入电流，i2副边线圈输出电流，l1为原边线圈自感，l2为副边线圈自感，m为原副边线圈互感。
[0096]
把上式改写为
[0097]
u1＝jwl1i
1-jwmi1+jwmi1+jwmi2[0098]
u2＝jwl2i
2-jwmi2+jwmi2+jwmi2[0099]
即
[0100]
u1＝jw(l
1-m)i1+jwm(i1+i2)
[0101]
u2＝jw(l
2-m)，2+jwm(i2+i2)
[0102]
上式正是t形等效后的电路的网孔电压方程，所以原副线圈与t形等效电路对于
[0103]
u1、u2、i1、i2[0104]
而言是互相等效的。
[0105]
由此可以说明在本电路形式下，可以采用t形等效模型进行分析。并且，由上述公式可以得出等效后的电感值。
[0106]
步骤4： 根据t形等效模型分析结果信息， 获取无线充电系统的lcc-p拓扑补偿网络的结果信息。lcc-p拓扑补偿网络兼具双边lcc补偿网络和基础的p/p型拓扑补偿网络的优点，在不改变电路连接的方式下同时实现恒压恒流充电，具体计算方式如下：
[0107]
lcc-p拓扑补偿网络恒流模式：
[0108]
如图2所示， lcc-p恒流输出模式等效电路需要满足谐振关系如下，
[0109][0110]
其中，w1为恒流输出模式谐振条件下的频率，l
s1
为原边串联补偿电感，c
p1
为原边并联补偿电容。
[0111][0112]
其中，l
p2
为恒流输出模式下副边线圈的等效电感。
[0113]
由上式可以求得
[0114][0115]
其中，u1为原边线圈输入电压，i2副边线圈输出电流。
[0116]
由此可见，输出电流是一个与负载无关的恒定值， 即lcc-p 补偿网络能实现系统的恒流输出。
[0117]
lcc-p拓扑补偿网络恒压模式：
[0118]
如图3所示，lcc-p恒压输出模式等效电路需要满足谐振关系如下，
[0119][0120]
其中，l
p1
_2为恒压输出模式下原边线圈的等效电感，w2为恒压力输出模式谐振条件下的频率。
[0121][0122]
其中，c
s1
_2为恒压输出模式下原边线圈的等效电容。
[0123][0124]
其中，c
1_1
与l
1_1
分别为l
p1_2
与l
p1_2
交换位置后的电容电感。
[0125]
由上式可以求得
[0126][0127]
其中，u2为副边线圈输出电压。
[0128]
由于原边线圈输入电压u1、原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
p1
、为恒压输出模式谐振条件下的频率w2以及系数k均为定值，故副边线圈输出电压u2也为定值，即lcc-p拓扑补偿网络能实现恒压输出；
[0129]
并且通过上述恒压输出模式中的4个式子，计算原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
p1
、原边串联补偿电容c
s1
、副边并联补偿电容c
p2
的取值。
[0130]
步骤5：采用桥式整流电路以及dc-dc电路，输出合适幅值的直流电。
[0131]
桥式整流电路由四只相同的整流二极管组成，分别为d1-d4。在正半周时由d1、d3导引电流自上而下通过负载rl，负半周时由d2、d4导引电流也是自上而下通过负载rl，从而实现了全波整流。
[0132]
在正半周期间，二极管d2、d4得到正向偏置。二极管d1、d3反向偏置并且不导通。在输出端得到正半周。在负半周期间，二极管d1-d3正向偏置。二极管d2-d4反向偏置并且不导通。在输出端得到正半周。
[0133]
在正半周和负半周期间，流经负载rl的电流方向是相同的。因此，正半周和负半周的输出直流信号的极性相同。输出直流信号的极性可以是完全正极也可以是负极。若二极管的方向反转，则得到一个完整的负直流电压。
[0134]
dc-dc电路即直流-直流变换电路，其作用为将一种直流电源经过直流-直流变换电路后输出另一种具有不同输出特性的直流电源，可以是一种固定电压或可调电压的直流
电。
[0135]
dc-dc电路，主回路使用的元件均是半导体器件，如电感、电容，电感、电容是储能元件。目前使用的开关器件主要有igbt、mosfet以及二极管。dc-dc电路的基本原理是通过控制开关器件的通断，使带有滤波器的负载线路与直流电源交替接通断开，进而在负载上得到另一输出特性的直流电源。
[0136]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0137]
应当理解，为了精简本发明并帮助本领域的技术人员理解本发明的各个方面，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例中进行描述，或者参照单个图进行描述。但是，不应将本发明解释成示例性实施例中包括的特征均为本专利权利要求的必要技术特征。

技术特征：
1.一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统，其特征在于，该系统包括发射端和接收端，其中：发射端包括依次连接的直流电源、全桥高频逆变器、原边lcc拓扑补偿网络、原边线圈；接收端包括依次连接的副边线圈、副边p型拓扑补偿网络、整流滤波电路、dc-dc电路和电池负载。2.根据权利要求1所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统，其特征在于，所述原边lcc拓扑补偿网络、副边p型拓扑补偿网络构成lcc-p拓扑补偿网络。3.根据权利要求2所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统，其特征在于，所述原边lcc拓扑补偿网络包括原边串联补偿电感ls1、原边并联补偿电容cp1、原边串联补偿电容cs1；所述副边p型拓扑补偿网络包括副边并联补偿电容cp2。4.根据权利要求3所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统，其特征在于，所述原边串联补偿电感ls1的一端连接于全桥高频逆变器桥臂q1与桥臂q2之间，所述原边并联补偿电容cp1的一端连接于全桥高频逆变器桥臂q3与桥臂q4之间；所述原边串联补偿电感ls1的另一端、原边并联补偿电容cp1的另一端、原边串联补偿电容cs1的一端相连接；所述原边串联补偿电容cs1的另一端连接于原边线圈的一端，原边线圈的另一端连接于原边并联补偿电容cp1的一端。5.根据权利要求4所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电系统，其特征在于，所述副边并联补偿电容cp2的一端分别连接于副边线圈的一端、整流滤波电路第一整流二极管d1与第二整流二极管d2之间；副边并联补偿电容cp2的另一端分别连接于副边线圈的另一端、整流滤波电路第三整流二极管d3与第四整流二极管d4之间。6.一种基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电方法，其特征在于，步骤如下：步骤s1、采用全桥高频逆变电路，将输入的直流电转换为高频的交流电；步骤s2、设置lcc-p拓扑补偿网络，lcc-p拓扑补偿网络包括原边lcc拓扑补偿网络、副边p型拓扑补偿网络，其中原边lcc拓扑补偿网络包括原边串联补偿电感ls1、原边并联补偿电容cp1、原边串联补偿电容cs1；所述副边p型拓扑补偿网络包括副边并联补偿电容cp2；步骤s3、采用t形等效模型进行分析，将原边线圈和副边线圈等效于t形连接的原边线圈自感l1、副边线圈自感l2以及原副线圈互感m；步骤s4、根据t形等效模型分析结果信息，获取无线充电系统的lcc-p拓扑补偿网络的结果信息；步骤s5、采用桥式整流电路以及dc-dc电路，输出所需幅值的直流电，实现恒压恒流充电。7.根据权利要求6所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电方法，其特征在于，所述步骤s1，具体如下：全桥高频逆变电路使用具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对功率器件发出开关脉冲控制信号，控制多个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压后，整流滤波输出符合要求的交流电。8.根据权利要求6所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电方法，其特征在于，所述步骤s3，具体如下：原副边线圈等效为松耦合变压器，在正弦稳态下，由向量模型列出电压方程
u1＝jwl1i1+jwmi2u2＝jwl2i2+jwmi2其中，u1为原边线圈输入电压，u2为副边线圈输出电压，i1为原边线圈输入电流，i2副边线圈输出电流，l1为原边线圈自感，l2为副边线圈自感，m为原副边线圈互感；把上式改写为u1＝jwl1i
1-jwmi1+jwmi1+jwmi2u2＝jwl2i
2-jwmi2+jwmi2+jwmi2即u1＝jw(l
1-m)，1+jwm(i1+i2)u2＝jw(l
2-m)i2+jwm(i2+i2)上式是t形等效后的电路的网孔电压方程，所以原副线圈与t形等效电路对于u1、u2、i1、i2而言是互相等效的。9.根据权利要求6所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电方法，其特征在于，所述步骤s4，具体如下：lcc-p拓扑补偿网络中，原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
p1
、原边串联补偿电容c
s1
、副边并联补偿电容c
p2
的数值选取满足如下条件：(1)lcc-p拓扑补偿网络恒流模式lcc-p恒流输出模式等效电路需要满足谐振关系如下其中，w1为恒流输出模式谐振条件下的频率，l
s1
为原边串联补偿电感，c
p1
为原边并联补偿电容；其中，l
p2
为恒流输出模式下副边线圈的等效电感，m为原副边线圈互感；由上式求得其中，u1为原边线圈输入电压，i2为副边线圈输出电流；输出电流是一个与负载无关的恒定值，即lcc-p拓扑补偿网络实现系统的恒流输出；(2)lcc-p拓扑补偿网络恒压模式：lcc-p恒压输出模式等效电路需要满足谐振关系如下，其中，l
p1_2
为恒压输出模式下原边线圈的等效电感，w2为恒压输出模式谐振条件下的频率，l
s1
为原边串联补偿电感，c
p1
为原边并联补偿电容；
其中，c
s1_2
为恒压输出模式下原边线圈的等效电容，l
p2
为恒流输出模式下副边线圈的等效电感，m为原副边线圈互感；其中，c
1_1
与l
1_1
分别为l
p1_2
与l
p1_2
交换位置后的电容电感；由上式求得其中，u2为副边线圈输出电压；由于原边线圈输入电压u1、原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
o1
、为恒压输出模式谐振条件下的频率w2以及系数k均为定值，故副边线圈输出电压u2也为定值，即lcc-p拓扑补偿网络能实现恒压输出；并且通过恒压输出模式中的4个式子，计算原边串联补偿电感l
s1
、原边并联补偿电容c
p1
、原边串联补偿电容c
s1
、副边并联补偿电容c
pz
的取值。10.根据权利要求6所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的无人机无线充电方法，其特征在于，所述步骤s5，具体如下：桥式整流电路由四只相同的整流二极管组成，分别为第一整流二极管d1、第二整流二极管d2、第三整流二极管d3、第四整流二极管d4；在正半周时由第一整流二极管d1、第三整流二极管d3导引电流自上而下通过负载rl，负半周时由第二整流二极管d2、第四整流二极管d4导引电流也是自上而下通过负载rl，从而实现全波整流；在正半周期间，第二整流二极管d2、第四整流二极管d4正向偏置，第一整流二极管d1、第三整流二极管d3反向偏置并且不导通；在负半周期间，第一整流二极管d1、第三整流二极管d3正向偏置，第二整流二极管d2、第四整流二极管d4反向偏置并且不导通；在正半周期间和负半周期间，流经负载rl的电流方向相同，正半周期间和负半周期间的输出直流信号的极性相同，从而实现恒压恒流充电。

技术总结
本发明公开了一种基于LCC-P拓扑补偿网络的无人机无线充电系统及方法。该系统包括发射端和接收端，其中发射端包括依次连接的直流电源、全桥高频逆变器、原边LCC拓扑补偿网络、原边线圈；接收端包括依次连接的副边线圈、副边P型拓扑补偿网络、整流滤波电路、DC-DC电路和电池负载。方法为：采用全桥高频逆变电路，将输入的直流电转换为高频的交流电；设置LCC-P拓扑补偿网络；采用T形等效模型进行分析，获取无线充电系统的LCC-P拓扑补偿网络的结果信息；采用桥式整流电路以及DC-DC电路，输出所需幅值的直流电，实现恒压恒流充电。本发明既能保持高功率高效率，又能实现恒压恒流充电，并且具有成本低的优点。有成本低的优点。有成本低的优点。


技术研发人员：刘顺玉 苏婷 杨永钦 迟阔 李成柏 吴皓天 邢耿豪 陈静
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/6