[發明專利]一種基于交流包絡調制無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201710010018.3
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106655538B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 孫躍;王智慧;戴欣;蘇玉剛;張路
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 孟凡臣

本發明屬于無線電能傳輸技術領域，提供了一種基于交流包絡調制無線電能傳輸系統，包括初級回路和次級回路，所述初級回路包括交流電能輸入模塊、高頻包絡電能變換模塊以及初級高頻諧振環節；所述次級回路包括次級高頻諧振環節、高頻包絡電能解調模塊以及交流電能輸出模塊；所述高頻包絡電能解調模塊包括次級逆變電路、次級電流采樣電路、巴特沃斯電子濾波器、電流過零檢測電路、邏輯電路以及驅動電路。本發明去掉了次級整流電路，采用巴特沃斯電子濾波器對次級拾取諧振電流包絡進行處理，為次級逆變電路提供極性切換的軟驅動信號，使次級控制具有獨立性且控制簡單，該結構極大地降低了系統的整體體積與成本，提高了傳輸效率和輸入功率因數。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸技術領域，具體涉及一種基于交流包絡調制無線電能傳輸系統。

背景技術

傳統的無線電能傳輸技術常常以直流負載作為研究對象，對于交流負載的應用，通常采取的是AC/DC/AC模式或者AC/AC模式，在研究及應用中發現在交流負載情況下的傳統傳輸模式無線電能傳輸系統[如圖1(a)]尚存在一系列問題。主要表現在：1、效率低，為了將交流轉為為直流，初次級均存在AC/DC整流、大電解濾波環節以及DC/DC調壓環節，開關損耗和諧波含量大；2、控制復雜，系統階數高慣性大，初次級均有較為復雜的控制回路；3、功率因數和功率密度低，初次級能量變換電路存在大電解電容降低了功率因數和功率密度，即使在整流側采用有源功率因數校正，也不可避免增加系統規模和級聯環節，降低了功率密度；4、成本高，體積笨重。以上缺點嚴重阻礙了無線電能傳輸技術的發展，限制了無線電能傳輸技術的應用范圍。而對于直接AC/AC結構的無線電能傳輸系統，通常采用矩陣變換器和復雜的控制模式，一定程度上增加了系統的成本和控制難度。

而傳統包絡調制無線電能傳輸系統[如圖3(a)]相較于傳統傳輸模式無線電能傳輸系統[如圖1(a)]，雖然一定程度減少了系統的級聯環節提升了密度，但缺點是次級拾取端仍舊有整流橋，無法避免大電流下的導通損耗以及高頻條件下反向滲透電流造成的損耗，此外也增加了系統的成本和體積，同時由于無線電能傳輸系統大慣性大延遲的特點，次級的極性切換也是一個極為棘手的問題，目前尚未有較好的結構解決。

發明內容

針對以上問題的不足，本發明提供了一種基于交流包絡調制無線電能傳輸系統，本發明去掉了次級整流電路，采用巴特沃斯電子濾波器對次級拾取諧振電流包絡進行處理，為次級逆變電路提供極性切換的驅動信號，使次級控制具有獨立性且控制簡單，該結構極大地降低了系統的整體體積與成本，提高了傳輸效率和輸入功率因數。

為實現上述目的，本發明一種基于交流包絡調制無線電能傳輸系統，包括初級回路和次級回路，所述初級回路包括交流電能輸入模塊、高頻包絡電能變換模塊以及初級高頻諧振環節，所述高頻包絡電能變換模塊將輸入的交流電能進行高頻包絡電能變換，形成具有輸入電源包絡特征的高頻諧振電流到所述初級高頻諧振環節中；所述次級回路包括次級高頻諧振環節、高頻包絡電能解調模塊以及交流電能輸出模塊，所述次級高頻諧振環節通過電磁耦合拾取初級高頻諧振環節中的高頻能量，經過所述高頻包絡電能解調模塊解調得到包絡電流，在不需要次級整流橋的情況下，由所述交流電能輸出模塊將交流電源輸出給用電負載。

本發明去掉了次級整流橋，利用開關管反并聯二極管提供放電續流回路，從而實現為負載提供連續電能的目的，該結構降低了系統的成本壓縮了空間，同時避免了整流橋的導通損耗，以及高頻條件下的高頻損耗，反向漏電流等損耗，提升了系統的效率。

進一步地，所述高頻包絡電能變換模塊包括初級濾波電路、初級整流電路、初級逆變電路、初級電流采樣電路和初級控制模塊；所述初級高頻諧振環節包括初級補償網絡和初級線圈；

所述初級濾波電路濾出來自后級的高頻諧波電流，初級整流電路對電源實現半波整流，所述初級逆變電路對經過半波整流后的半波電源進行高頻調制，形成具有輸入電源包絡特征的高頻載波信號；