[發明專利]基于磁耦合無線電能傳輸的直流變壓器系統

有效

• 申請號: 201810589925.2
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108649804B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 楊金源
• 申請（專利權）人: 唐山先隆納米金屬制造股份有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02J50/12
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 任漱晨

1.一種基于磁耦合無線電能傳輸的直流變壓器系統，其特征在于，包括：

DC-AC逆變模塊，用于將輸入直流轉變為原邊高頻交流；

無線電能傳輸模塊，包括原邊諧振模塊以及副邊諧振模塊，原邊諧振模塊接收所述高頻交流，并將其轉換成強耦合的電磁場發送給副邊諧振模塊；所述副邊諧振模塊接收所述的電磁場后又將其轉換為副邊高頻交流；

整流濾波模塊，用于將副邊高頻交流整流轉換成直流并濾除高頻分量；

直流輸入的正負端與DC-AC逆變模塊的輸入端連接；DC-AC逆變模塊的輸出端與無線電能傳輸模塊的輸入端連接；無線電能傳輸模塊的輸出端與整流濾波模塊的輸入端連接；整流濾波模塊得到最終輸出的直流電壓；所述直流變壓器系統還包括：采樣監測單元、過零檢測單元、驅動模塊以及控制模塊，所述采樣監測單元用于采樣并監測DC-AC逆變模塊輸入端和輸出端、以及整流濾波的輸出端的電壓以及流經的電流；所述過零檢測單元用于獲取監測到的電壓、電流在一個諧振周期經過零點的時刻；所述控制模塊用于對DC-AC逆變模塊的工作頻率以及直流變壓器的輸出功率進行控制；所述驅動模塊受控制模塊控制，驅動DC-AC逆變模塊中的開關管開通或關斷；所述控制模塊包括用于判斷無線電能傳輸模塊是否處于諧振狀態的狀態判斷單元以及用于在失諧傳輸時調節DC-AC逆變模塊的工作頻率使得其與諧振頻率相適應的頻率修正單元，所述控制模塊對DC-AC逆變模塊的工作頻率進行調節的具體過程為：

(1)狀態判斷：采樣監測單元對DC-AC逆變模塊的輸入端電壓以及電流進行采樣監測，并將采樣監測結果送入狀態判斷單元內，采樣監測到的輸入端電壓、電流被通過乘法器以及零值比較器，若電壓、電流的乘積大于0，則無線電能傳輸模塊處于諧振狀態，此時DC-AC逆變模塊的工作頻率適應無線電能傳輸模塊的諧振頻率；否則，狀態判斷單元判斷無線電能傳輸模塊處于失諧狀態，進入步驟(2)；

(2)調節函數建立：過零檢測單元計算出DC-AC逆變模塊的輸入端電壓以及電流的過零時刻，并依據該時刻建立頻率調節函數，所述頻率調節函數為：

U_t＝U_set/γ×√(2×π)×e^((-(π×〖〖[f〗_k×e^|t_j-t_i|-f_z]〗^2)/(2×γ^2)))

式中，U_t電壓反饋調節值；f_k為DC-AC逆變模塊中開關器件的開關頻率；t_i為DC-AC逆變模塊的輸入電壓過零的時刻；t_j為DC-AC逆變模塊的輸入電流過零的時刻；U_set為已知的電壓比較值，代表了與無線電能傳輸模塊的諧振頻率相適應的設定電壓；γ為頻率方差調節因子；f_z為無線電能傳輸模塊的諧振頻率；

(3)根據所述頻率調節函數，對DC-AC逆變模塊中開關器件的開關頻率進行調節，使得開關頻率回歸至與無線電能傳輸模塊的諧振頻率相對應的頻率；其中，具體對開關器件的開關頻率的調節過程為：

1)獲取位于無線電能傳輸模塊的諧振頻率σ鄰域為：〖[f〗_z-σ，f_z+σ]；該鄰域的端點頻率對應于頻率調節函數上的同一個電壓反饋調節值，記為參考電壓調節值U_ck；

2)設置第i次采樣獲取得到的DC-AC逆變模塊的工作頻率為f_ki；并依據該次采樣獲取到的DC-AC逆變電路輸入端的電壓、電流過零時刻，計算出第i次調節對應的電壓反饋調節值U_ti；依據計算出來的電壓反饋調節值U_ti與參考電壓調節值U_ck比較，根據第i-1次采樣獲取得到的DC-AC逆變電路的工作頻率f_(k(i-1))與第i次采樣獲取得到的DC-AC逆變電路的工作頻率f_ki比較的相對大小以及電壓反饋調節值U_ti與參考電壓調節值U_ck的相對大小，不同的比較結果采取不同的策略去更新現有的工作頻率f_ki，使得現有的工作頻率f_ki向著諧振頻率f_z靠近；將更新后的工作頻率通過處理觸發驅動電路，進行DC-AC逆變模塊的頻率調整；

3)當計算得到的第i次調節對應的電壓反饋調節值U_ti等于電壓比較值U_set時，則調節過程結束，實現了DC-AC逆變模塊中開關器件的開關頻率回歸至與無線電能傳輸模塊的諧振頻率相對應的頻率；否則，繼續進行步驟2)。

2.根據權利要求1所述的一種基于磁耦合無線電能傳輸的直流變壓器系統，其特征在于，所述DC-AC逆變模塊為單相全橋逆變電路，包括有兩個并聯的橋臂，每個橋臂上串聯有兩個全控型晶體管。