[發明專利]無線電能傳輸及相關系統諧振頻率的動態檢測及補償技術

在審

• 申請號: 201780018616.3
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN108885229A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 田建龍
• 申請（專利權）人: 田建龍
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李丙林;王暉

一種可以使開關模式DC?AC變換器驅動下的振蕩系統始終工作于“方波驅動，軟開關以及諧振”狀態下，從而可以極大地提高系統的效率以及能量傳輸能力的控制方法。該方法主要包括四項技術：(1)通過比較系統門驅動信號與系統主振蕩電壓或電流過零點信號的相位差，來動態實時監測系統自身固有諧振頻率的技術；(2)一種實現一種壓控軟開關可變電容的技術；(3)一種避免變頻系統頻率分叉問題的技術；(4)一種用一個電壓來動態實時調整單穩觸發器輸出脈沖寬度的技術。

技術領域

該發明主要涉及開關模式DC-AC變換器驅動下的振蕩系統，比如說無線電能傳輸系統，開關電源等等，自身固有諧振頻率的動態實時檢測及補償技術。利用這些技術，可以使這些系統始終工作于方波驅動，軟開關及諧振狀態，從而可以使這些系統的效率以及能量傳輸能力最優化，并且可以通過調諧作用對系統的輸出電壓及功率進行調整和穩定。

背景技術

從某種角度來說，一個無線電能傳輸系統就是一個振蕩系統，能量通過振蕩來傳輸，沒有振蕩就沒有傳輸。要想把能量傳好，首先就要振好，而要想振好，首先就要知道系統自身所固有的諧振頻率，以便使系統的驅動頻率與系統自身所固有的諧振頻率一致，實現軟開關以及諧振來使系統的效率及能量傳輸能力最大化。然而，一個無線電能傳輸系統的固有諧振頻率不是固定不變，而是隨著系統的許多參數，比如說原副邊的耦合系數，負載以及其它各種電路參數的變化而變化的。實際上，頻率是一個無線電能傳輸最為重要最為活躍的參數，它對系統幾乎每一個重要的方面都有的影響，比如說系統的諧振，軟開關，能量傳輸能力，效率等等。控制了系統的頻率，就控制了系統每一個重要的方面。所以，動態實時檢測可能是不斷變化的系統自身固有諧振頻率的方法，非常重要。

此外，無線電能傳輸系統通常是由開關模式DC-AC變換器驅動的。從某種角度來說，一個無線電能傳輸系統，就是一個開關模式DC-AC變換器驅動下的振蕩系統。對于開關模式的DC-AC變換器來說，方波驅動以及軟開關對于提高變換器的效率非常重要。尤其是在高頻以及大功率的情況下，能否做到軟開關甚至會關系到系統能否正常工作，因為硬開關所導致的高功耗及高噪聲有可能會使開關不能正常工作從而導致整個系統的失效。

總之，對于一個無線電能傳輸系統(或開關模式DC-AC變換器驅動下的振蕩系統)來說，通過使系統的驅動頻率與系統自身所固有的諧振頻率保持一致，同時實現方波驅動，軟開關以及諧振，對于提高系統的效率以及能量傳輸能力非常重要。本發明提出了一系列動態實時檢測及補償系統自身固有諧振頻率的技術，來確保系統始終同時工作于上述三個條件之下，以提高系統的效率及能量傳輸能力。在具體實施方式部分，對這些技術及其應用分以下三部分進行了詳細的解釋：

1)系統諧振頻率的動態檢測方法

2)系統諧振頻率的補償技術

3)多原邊大功率無線電能傳輸系統

發明內容

本發明提出了一系列可以確保開關模式DC-AC變換器驅動下的振蕩系統始終工作于方波驅動，軟開關及諧振狀態下的技術，對提高系統的效率及能量傳輸能力至關重要。到目前為止，尚未發現現有技術可以同時做到以上三點。

本系列技術中最重要的一個就是動態實時檢測系統自身所固有的諧振頻率，始終使系統的驅動頻率與系統自身所固有的諧振頻率保持一致，使開關模式的DC-AC變換器始終工作于方波驅動和軟開關狀態下的技術。第二個就是壓控軟開關可變電容(VCSC)技術。該壓控軟開關可變電容既可以用在系統的原邊來補償系統自身所固有的諧振頻率，也可以用在系統的副邊，通過其調諧作用來調整穩定系統的輸出電壓或功率。另外還有兩個支持上述兩個技術正常工作或工作得更好的技術。一個是避免頻率分叉的技術，一個是用一個電壓來控制單穩觸發器輸出脈沖寬度的技術。