[發明專利]一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201610225229.4
• 申請日: 2016-04-12
• 公開（公告）號: CN105680577B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 夏晨陽;任思源;柳玉玲;張楊;王衛;谷志鵬;王恩同
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統，其特征是：該無線電能傳輸系統包括：直流電源、高頻逆變單元、基波能量通路、諧波能量通路、整流濾波單元、負載、原邊控制單元和副邊控制單元；直流電源為高頻逆變單元供電，原邊控制單元為高頻逆變單元的控制器；高頻逆變單元的輸出端同時與基波能量通路的輸入端和諧波能量通路的輸入端連接，基波能量通路的輸出端和諧波能量通路的輸出端分別與二個整流濾波單元輸入端連接，整流濾波單元的輸出端與負載連接，負載的反饋信號與副邊控制單元連接。

2.根據權利要求1所述的一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統，其特征是：所述的高頻逆變單元選用全橋逆變電路，基波能量通路與諧波能量通路并聯連接在高頻逆變單元的輸出端。

3.根據權利要求1所述的一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統，其特征是：所述的基波能量通路由基波能量發射線圈電感并聯基波原邊補償電容后串聯基波原邊補償電感組成LCL諧振補償結構，基波能量拾取線圈電感串聯基波副邊補償電容后再串聯一個基波雙向開關組成，基波能量發射線圈電感與基波能量拾取線圈電感采用松耦合磁路結構實現物理隔離；其中基波能量發射線圈電感與基波原邊補償電感的電感值相等，在系統基波工作角頻率ω處，基波能量發射線圈電感與基波原邊補償電容滿足諧振關系，基波能量拾取線圈電感與基波副邊補償電容滿足諧振關系，保證基波能量發射線圈電感上恒流。

4.根據權利要求1所述的一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統，其特征是：所述的諧波能量通路由諧波能量發射線圈電感并聯諧波原邊補償電容后串聯諧波原邊補償電感組成LCL諧振補償結構，諧波能量拾取線圈電感串聯諧波副邊補償電容后再串聯一個諧波雙向開關組成，諧波能量發射線圈電感與諧波能量拾取線圈電感采用松耦合磁路結構實現物理隔離；其中諧波能量發射線圈電感與諧波原邊補償電感的電感值相等，在系統n次諧波工作角頻率nω處，n=3,5,7,9,……，諧波能量發射線圈電感與諧波原邊補償電容滿足諧振關系，諧波能量拾取線圈電感與諧波副邊補償電容滿足諧振關系，保證諧波能量發射線圈電感上恒流。

5.根據權利要求1所述的一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統，其特征是：所述的整流濾波單元包括二極管D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄組成不可控整流電路后并聯濾波電容C₁形成基波整流濾波電路，連接在基波能量通路輸出端；二極管D₂₁、D₂₂、D₂₃、D₂₄組成不可控整流電路后并聯濾波電容C₂形成諧波整流濾波電路，連接在諧波能量通路輸出端；然后，基波整流濾波電路與諧波整流濾波電路串聯后組成整流濾波單元，為負載供電。

6.根據權利要求1所述的一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統，其特征是：所述的原邊控制單元由原邊控制器DSP23和原邊驅動電路組成；原邊控制器DSP23的輸出端與原邊驅動電路的輸入端連接，原邊驅動電路的輸出端對高頻逆變單元實施控制。

7.根據權利要求1所述的一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統，其特征是：所述的副邊控制單元由功率檢測電路、副邊控制器DSP26和副邊驅動電路組成；功率檢測電路的輸出端與副邊控制器DSP26的輸入端連接，副邊控制器DSP26的輸出端與副邊驅動電路的輸入端連接，副邊驅動電路的輸出端對基波雙向開關與諧波雙向開關實施控制。

8.實施權利要求1所述的一種寬范圍功率可調無線電能傳輸系統的控制方法，其特征是：

（1）當基波雙向開關S₁開通、諧波雙向開關S₂斷開時，無線電能傳輸系統工作于基波通道能量獨立供電模式，系統輸出功率為P₁；當基波雙向開關S₁斷開、諧波雙向開關S₂開通時，無線電能傳輸系統工作于諧波能量通道獨立供電模式，系統輸出功率為P₂；當基波雙向開關S₁與諧波雙向開關S₂同時開通時，無線電能傳輸系統工作于基波能量通道與諧波能量通道并行供電模式，系統輸出功率為P₃；當基波雙向開關S₁與諧波雙向開關S₂同時關斷時，無線電能傳輸系統中無能量通路工作，系統輸出功率為0；

（2）根據負載所需系統輸出功率要求的不同，通過控制基波雙向開關S₁與諧波雙向開關S₂在周期T內，基波雙向開關S₁單獨開通時間T₁、諧波雙向開關S₂單獨開通時間T₂、基波雙向開關S₁與諧波雙向開關S₂同時開通時間T₃以及基波雙向開關S₁與諧波雙向開關S₂同時關斷時間T₀的長短，來控制系統輸出功率P=（P₁*T₁+P₂*T₂+P₃*T₃+0*T₀）/T的大小，其中0≤T₀、T₁、T₂、T₃≤T，T₀+T₁+T₂+T₃=T，且P₂<P₁<P₃，使系統輸出功率0~P₃寬范圍內連續可調，以滿足負載的功率需求；

（3）鑒于諧波能量通道獨立供電模式下的系統傳輸效率較基波通道能量獨立供電模式時高，所以本系統以系統傳輸效率為參考依據，優先保障諧波能量通道工作時間，通過基波雙向開關S₁與諧波雙向開關S₂的搭配使用，將系統輸出功率分為0~P₂、P₂ ~P₃兩個階段；如果系統輸出功率在0~P₂區間內，使基波雙向開關S₁在周期T內始終處于關斷狀態，通過控制雙向開關S₂在周期T內開通時間T₂和基波雙向開關S₁與諧波雙向開關S₂同時關斷時間T₀的比例，實現系統輸出功率在0~P₂區間內連續可調；如果系統輸出功率在P₂ ~P₃區間內，首先使雙向開關S₂在周期T內始終處于開通狀態，然后通過控制基波雙向開關S₁在周期T內開通時間T₃的長短，實現系統輸出功率在P₂ ~P₃區間內連續可調。