本发明属于无线充电领域，特别涉及一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统。
背景技术：
1、近年来，随着无线充电技术的飞速发展，磁耦合无线电力传输（wpt）系统在诸多应用场景中得到了广泛应用，如移动设备、电动汽车等领域。该技术通过磁场耦合的方式实现能量的非接触式传输，减少了传统有线充电带来的不便。然而，现有的无线充电技术仍面临着一些亟待解决的问题，例如在负载变化的情况下，系统的输出电压和电流难以保持稳定，系统效率受到影响。此外，复杂的反馈控制与功率校正模块的使用也增加了系统的设计难度和成本。
2、现有的e类逆变器由于具备高效率、低损耗等优点，被广泛应用于无线电力传输系统中。在负载波动较大的情况下，e类逆变器难以保证恒定的输出电流或电压，导致系统效率下降，并且对输出的稳定性产生负面影响。此外，整流侧的谐波含量较高，增加了系统设计的复杂性。为了解决这些问题，现有技术中已经提出了包括谐振补偿网络（如s-lcc补偿）在内的多种解决方案，但仍难以满足在负载变化时实现高效稳定输出的需求。
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于并联谐振 e²变换器的磁耦合无线充电系统，具有结构简单、易于实现的特点，无需反馈控制回路即可实现恒压输出。此外，整流侧可等效为纯电阻，显著降低了系统中的谐波含量，提高了系统的稳定性和效率。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，包括：并联谐振 e 类逆变器与并联谐振 e 类整流器为对称结构，二者具有时间反转对偶性；并联谐振 e 类整流器为电流驱动型整流器，在工作频率下的阻抗表现为纯电阻特性；并联谐振e 类逆变器具备负载无关性，在负载变化的情况下提供恒定的电流源输出；s-lcc 补偿结构对无线充电线圈进行补偿，并联谐振e 类整流器的输入端接收到恒定电流，确保并联谐振e 类整流器输出恒定的直流电压；直流电压源 vin通过并联谐振 e 类逆变器转换为频率为f的正弦电流，并通过无线充电线圈传递至副边；副边的整流器将接收到的正弦电流再次转换为直流电；所述无线充电线圈的发射侧线圈与s补偿结构相连，接受侧线圈与lcc补偿结构相连，用于传递能量。
4、进一步地，所述并联谐振e 类整流器包括并联谐振电容和电感 l2-c2、二极管d、二极管两端并联电容cd、整流器输入电感lin2和滤波电容cf；二极管d的两端与二极管两端并联电容cd并联，一端与整流器输入电感lin2和并联谐振电容c2和电感 l2相连，另一端与滤波电容cf相连。
5、进一步地，所述s-lcc补偿结构包括原边补偿电容cp、副边补偿电容cs1、副边补偿电容cs2、副边补偿电感lc；原边补偿电容cp与无线充电线圈原边串联，副边补偿电容cs1的一端与无线充电线圈副边串联，另一端与副边补偿电容cs2和副边补偿电感lc相连。
6、进一步地，当功率半导体开关s进行切换时，直流电源被转换为近似正弦波形的交流电流；当功率半导体开关s导通时，其两端电压为0，实现零电压导通。
7、进一步地，并联谐振电容和电感l-c形成一个在工作频率下实现完全谐振的并联谐振腔，阻断该工作频率f下的正弦波，从而确保恒定的正弦电流通过无线充电线圈；经过s-lcc补偿结构的补偿后，逆变器输出的恒定正弦电流转变为流入并联谐振e类整流器的恒定电流源，最终输出稳定的直流电压。
8、进一步地，并联电容cd为：
9、；
10、其中，d为整流二极管的占空比；
11、设整流器的谐振频率比为q，并联谐振腔的品质因数为q，f为系统运行的频率，系统运行的角频率为，并联谐振e类整流器的其余参数的计算方法为：
12、，， ，电容c2看成电容cx与电容c2-cx并联；
13、；
14、并联谐振e类整流器与负载电阻r的等效阻抗为，v0为整流器输出的恒定直流电压，即负载电阻r得到的电压。
15、进一步地，整流器输出的恒定直流电压v0为：
16、；
17、通过s-lcc补充结构的补偿，整流器与负载在逆变器两端的等效阻抗为；
18、其中，x为s-lcc补偿结构的副边补偿电感的感抗值，，i1为并联谐振e类逆变器输出正弦电流的幅值，m为无线充电发射线圈和接收线圈的互感。
19、进一步地，功率半导体开关s两端的并联电容cs为：
20、；
21、并联谐振e类逆变器的其余参数的计算方法为：，， ，电容c看成电容cx2与电容c2-cx2并联：
22、；
23、在负载电阻为r的情况下，并联谐振e类逆变器的输入电阻为req2。
24、本发明的并联谐振e类逆变器在最优负载阻值ropt下，能够实现零电压开关（zvs）和零电压导数开关（zvds）操作，并在负载阻值范围为[0, ropt]时输出恒定电流。在无线电力传输（wpt）系统中，逆变器输入阻抗为无线充电线圈、并联谐振e类整流器和负载电阻形成的等效阻抗。因此，本发明的e类并联谐振逆变器在特定负载条件下可实现最优工作状态（同时实现zvs和zvds）。当系统负载发生变化时，逆变器仍可实现次优工作状态，即在负载变化的情况下保持零电压开关（zvs）操作，从而确保系统的稳定性和高效性。
25、本发明的有益效果为：
26、1、在本发明中，当系统负载发生变化时，无线充电系统的接收端能够持续获得恒定的输出电压，确保了系统在不同负载条件下的稳定性和可靠性。
27、2、本发明的无线充电线圈及接收侧的整流器与负载可等效为纯电阻，从而最大限度地减少了接收端对e类逆变器的影响，确保了逆变器的稳定运行及系统性能的优化。
28、综上所述，本发明的e类逆变器中的功率半导体器件能够实现零电压开关（zvs）操作，有效降低了系统损耗，确保了系统在高效状态下运行，进一步提升了无线充电系统的整体能效。该技术方案不仅简化了系统设计，还填补了基于并联谐振e²变换器的磁耦合无线充电系统的技术空白。本发明能够在无需反馈与控制回路的情况下实现恒压无线充电。此外，整流侧不需要功率校正模块即可等效为纯电阻，从而显著降低系统的稳定性和高效性。
1.一种磁耦合无线充电系统，其特征在于，包括：并联谐振 e 类逆变器与并联谐振 e类整流器为对称结构，二者具有时间反转对偶性；
2.根据权利要求1所述的一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，其特征在于，所述并联谐振e 类整流器包括并联谐振电容和电感 l2-c2、二极管d、并联电容cd、整流器输入电感lin2和滤波电容cf；二极管d与并联电容cd并联，一端与整流器输入电感lin2和并联谐振电容c2和电感 l2相连，另一端与滤波电容cf相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，其特征在于，所述s-lcc补偿结构包括原边补偿电容cp、副边补偿电容cs1、副边补偿电容cs2、副边补偿电感lc；原边补偿电容cp与无线充电线圈原边串联，副边补偿电容cs1的一端与无线充电线圈副边串联，另一端与副边补偿电容cs2和副边补偿电感lc相连。
4.根据权利要求2所述的一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，其特征在于，当功率半导体开关s进行切换时，直流电源被转换为近似正弦波形的交流电流；当功率半导体开关s导通时，其两端电压为0，实现零电压导通。
5.根据权利要求2所述的一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，其特征在于，并联谐振电容和电感l-c形成一个在工作频率下实现完全谐振的并联谐振腔，阻断该工作频率f下的正弦波，从而确保恒定的正弦电流通过无线充电线圈；经过s-lcc补偿结构的补偿后，逆变器输出的恒定正弦电流转变为流入并联谐振e类整流器的恒定电流源，最终输出稳定的直流电压。
6.根据权利要求2所述的一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，其特征在于，并联电容cd为：
7.根据权利要求6所述的一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，其特征在于，整流器输出的恒定直流电压v0为：
8.根据权利要求6所述的一种基于并联谐振e2变换器的磁耦合无线充电系统，其特征在于，功率半导体开关s两端的并联电容cs为：
