[發明專利]反饋調諧法提高無線能量傳輸效率的方法和系統

無效

• 申請號: 201010169464.7
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101860087A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 王靜雨;宋慶慶;呂波;皇甫江濤;冉立新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00;H03L7/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種反饋調諧法提高無線能量傳輸效率的方法和系統。

背景技術

長久以來，我國電力輸送主要是通過有線傳輸實現的。其具有布線復雜，使用不便等缺點。近年來，隨著科學技術的不斷進步，家用電器供電、電池充電、射頻識別等領域已經逐漸開始使用無線方式傳輸能量。

無線能量傳輸是利用磁場共振原理，將電能從發射諧振電路耦合到接收諧振電路上。當外界溫度、系統負載和傳輸距離等因素發生變化時，發射諧振電路的諧振頻率，接收諧振電路的諧振頻率會和振蕩電路的輸出頻率產生偏差，這將嚴重影響到系統的傳輸效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種反饋調諧法提高無線能量傳輸效率的方法和系統，自適應地將鎖相環振蕩電路的輸出頻率和接收調諧電路的諧振頻率，調諧到發射振蕩電路的諧振頻率上，從而提高無線能量傳輸系統的傳輸效率。

本發明采用的技術方案是：

一、一種反饋調諧法提高無線能量傳輸效率的方法：

本發明在發射端，發射振蕩電路的輸出頻率，使用鎖相環方式，將頻率鎖定在發射諧振電路的振蕩頻率上；在接收端，根據整流濾波電路的輸出，使用數字反饋方式，控制接收調諧電路的諧振頻率；發射端和接收端通過磁場耦合實現；使鎖相環振蕩電路的輸出頻率和接收調諧電路的諧振頻率，都自適應地調諧到發射諧振電路的諧振頻率上，從而提高無線能量傳輸系統的電壓輸出效率。

二、一種反饋調諧法提高無線能量傳輸效率的系統：

本發明包括鎖相環振蕩電路、驅動放大電路、發射諧振電路、電流提取電路、接收調諧電路、整流濾波電路和數字控制電路；鎖相環振蕩電路經驅動放大電路、發射諧振電路、電流提取電路再與鎖相環振蕩電路連接；接收調諧電路經整流濾波電路和數字控制電路再與接收調諧電路連接，整流濾波電路電壓輸出；發射諧振電路與接收調諧電路間磁場耦合。

所述的鎖相環振蕩電路為CD4046搭建的鎖相環振蕩電路，使用芯片CD4046，其IN端接電流提取電路，其OUT端接驅動放大電路。

所述的驅動放大電路為B類驅動放大電路，其NPN三極管的發射極和PNP三級管相連后接發射諧振電路，其一個兩極管D1的負極與另一個兩極管D2的的正極相連后接鎖相環振蕩電路的OUT端。

所述的發射諧振電路為電感線圈L1與電容C3耦合，電容C3接驅動放大電路NPN三極管的發射極和PNP三級管相連的端口，電感線圈L1接電流提取電路。

所述的電流提取電路為互感式電流提取電路，其中原邊的第一端口接發射諧振電路電感線圈L1端口，副邊的第四端口接鎖相環振蕩電路的IN端。

所述的接收調諧電路為電感線圈L2與可調電容VC耦合，輸出端接整流濾波電路和數字控制電路。

所述的整流濾波電路，其二極管D3正端接接收調諧電路輸出端，可調電容VC端作為電壓輸出端，同時和數字控制電路相連接。

所述的數字控制電路為MSP430F2013搭建的數字控制電路，芯片MSP430F2013的ADC1端接整流濾波電路可調電容VC端，P1.5端和TA1端作為接口J2，連接到整流濾波電路可調電容VC端。

信號工作途徑如下：鎖相環振蕩電路產生的高頻振蕩信號，經過驅動放大器后，流向發射諧振電路；接收調諧電路利用磁場共振原理，從發射諧振回路中耦合出部分能量，產生高頻振蕩電流；整流濾波電路將高頻振蕩電流轉換為直流電壓。外界溫度、系統負載或傳輸距離等因素發生變化時，發射諧振電路的諧振頻率，接收諧振電路的諧振頻率會和振蕩電路的輸出頻率之間會產生偏差，影響到系統傳輸效率。在發射端，電流提取電路對經過發射諧振電路的電流進行提取，之后利用鎖相環技術將振蕩電路的輸出頻率鎖定在發射諧振電路的諧振頻率上；在接收端，數字控制電路不斷檢測整流濾波電路的輸出電壓，并反饋作用于接收調諧電路的可調電容上，改變接收調諧電路的諧振頻率，使整流濾波電路的輸出逐步達到最大值。

本發明具有的有益效果：

本發明提出一種反饋調諧法提高無線能量傳輸效率的方法和系統實現。當發射諧振電路的諧振頻率隨外界溫度、系統負載或傳輸距離等因素發生變化時，利用鎖相環技術，把振蕩電路的輸出頻率鎖定到發射諧振電路的諧振頻率上，解決發射端的頻率失諧問題。對于接收端，則通過不斷檢測整流濾波電路的輸出，利用數字反饋的方式，調節接收調諧電路的諧振頻率，使整流濾波電路的輸出最終達到最大值。通過以上方法，將鎖相環振蕩電路的輸出頻率和接收調諧電路的諧振頻率，自適應地調諧到發射振蕩電路的諧振頻率上，從而提高無線能量傳輸系統的傳輸效率。

附圖說明

圖1是本發明實現的原理框圖。