[發(fā)明專利]無線輸電阻抗匹配及電壓調節(jié)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711050949.2
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107800202B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉鑫;蔡子琨;楊喜軍;唐厚君
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M3/335
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發(fā)明提供一種無線輸電阻抗匹配及電壓調節(jié)電路，包括原邊控制單元和副邊控制單元；其中所述原邊控制單元包括相互連接的正極輸入端和負極輸入端，所述正極輸入端和所述負極輸入端連接電源Vin；第一補償電容C_p與第一諧振線圈L_p連接在所述正極輸入端和所述負極輸入端之間；所述副邊控制單元包括相互連接的輸出端正極和輸出端負極；第二補償電容C_S與第二諧振線圈L_S連接在所述輸出端正極和所述輸出端負極之間。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：(1)集成有阻抗匹配和電壓調節(jié)功能，能夠追蹤系統(tǒng)的最優(yōu)效率；(2)原副邊無需通信、控制容易；(3)結構緊湊，無需額外的DC?DC調壓和阻抗匹配電路，節(jié)約成本。

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子變換技術領域的效率優(yōu)化，特別是一種無線輸電阻抗匹配及電壓調節(jié)電路。

背景技術

無線電能傳輸技術的原理是電磁感應，通過耦合線圈間的磁場傳遞能量，能夠避免有線連接引起的火花和觸電危險，能夠適應復雜的環(huán)境，并且具有極強的便捷性，因此在科研和工業(yè)領域都引起了極大的關注，并生產出了如無線充電手機、機器人，甚至是無線充電的電動汽車。

無線輸電有兩個比較重要的指標：傳輸功率和傳輸效率。高頻系統(tǒng)(1兆赫茲以上)側重于接收功率的提高，相應的提出了最大功率跟蹤法；而頻率較低的系統(tǒng)(10-100千赫茲)需要傳輸較大的功率，為了避免較大的功率損耗，因此需要保證較高的效率，相應的提出了最大效率跟蹤法。雖然這兩種方法的目標不同，但是都是基于阻抗匹配實現的。

常用的阻抗匹配的方法包括兩大類：前級增加無源電路和保證副邊的等效阻抗不變。無源電路主要是在前級增加電容陣列或者LC電路，確保輸入端的等效阻抗不變，這種拓撲通常需要大量的電容、開關和控制器，因此會增大系統(tǒng)的體積、降低系統(tǒng)的可靠性；確保副邊反射到原邊的阻抗保持在最優(yōu)的值主要有三種實現方式：第一種方式是變頻，由于涉及調諧網絡，控制很復雜且可能會造成效率下降；第二種方式是調整互感，但是如果系統(tǒng)參數改變的話阻抗不匹配的情況還是存在；第三種是負載變換，這種方式具有較強的操作性，當前很受歡迎。

經過對現有文獻的檢索發(fā)現，《Maximum energy efficiency tracking forwireless power transfer systems》和《Analysis and tracking of optimal load inwireless power transfer systems》等文章提出利用兩級的Buck-Boost電路來分別實現阻抗匹配和電壓，但是由于系統(tǒng)級聯(lián)電路太多會導致整體效率下降，比如Buck和Boost電路的效率為97％(已經足夠高了)，那么這兩級的損耗就已經高達6％。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種緊湊的、能夠實現阻抗匹配和輸出電壓調節(jié)的無線輸電阻抗匹配及電壓調節(jié)電路。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種無線輸電阻抗匹配及電壓調節(jié)電路，包括原邊控制單元和副邊控制單元；其中

所述原邊控制單元包括相互連接的正極輸入端和負極輸入端，所述正極輸入端和所述負極輸入端連接電源Vin；

第一補償電容C_p與第一諧振線圈L_p連接在所述正極輸入端和所述負極輸入端之間；

所述副邊控制單元包括相互連接的輸出端正極和輸出端負極；

第二補償電容C_S與第二諧振線圈L_S連接在所述輸出端正極和所述輸出端負極之間。

優(yōu)選地，所述正極輸入端包括：

第一場效應管S1，所述第一場效應管S1的漏極與所述電源Vin的正極連接；

第三場效應管S3，所述第三場效應管S3的漏極與所述電源Vin的正極連接。