[發明專利]一種無線電能傳輸裝置

有效

• 申請號: 202011385673.5
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112491163B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 李煌;張博深;劉鑫;楊喜軍;唐厚君;高飛
• 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: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明公開一種無線電能傳輸裝置，包括：直流穩壓電源、全橋逆變電路、磁耦合諧振電路、半無橋有源整流器、負載裝置、電流傳感器、電壓傳感器和控制器；半無橋有源整流器包括：第一二極管、第二二極管、第五開關管、第六開關管和第六電容，電流傳感器采集負載輸出電流；電壓傳感器采集負載輸出電壓；控制器根據負載輸出電流和負載輸出電壓控制第五開關管和第六開關管的工作狀態。本發明公開一套適用于小功率電氣設備充電場合的無線電能傳輸裝置，降低了功率器件的開關損耗和導通損耗，有利于功率器件的選型和散熱處理，且無需考慮原副邊控制信號的同步問題，能夠為便攜式電子設備無線充電，具有結構緊湊、體積小、重量輕、成本低等優點。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，特別是涉及一種無線電能傳輸裝置。

背景技術

目前，大部分電氣設備都是通過電纜從電網中獲得電能，但這種物理連接方式存在“有線”的束縛，導致使用不便且受到應用場合限制。近年來，在無人駕駛、自動泊車、電動汽車等應用迅速發展的趨勢下，無線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術得到了較多的關注。這項電力電子新技術具有使用便捷、環境適應度高的優點，可以克服傳統的導體接觸式電能傳輸帶來的火花、磨損、噪音等缺陷。

一種應用廣泛的無線電能傳輸裝置是在原副邊均使用全橋電路，該拓撲結構完備且具備等效負載變換能力，通過對原副邊開關管驅動信號移相角的控制，實現恒壓、恒流、恒功率等傳輸特性，并可通過改變副邊等效到原邊后的等效負載，實現對最優效率的追蹤。在系統設計時，一般采用線圈完全對準時的參數，此時線圈之間的互感為某一定值。而在實際中，用電設備放置位置通常具有不確定性，這會使得線圈之間的互感出現變化。

其中，互感降低的極端情況，等同于原邊線圈單獨工作的工況。另一方面，副邊短路也是常見的嚴重故障之一，電池故障、變換器直通等都會造成這一情況。充電裝置對參數變化和系統故障的容錯能力直接影響到裝置的可靠性。為提高系統的可靠性，目前較好的方案是對諧振網絡的原副邊均采用LCC(Inductor-capacitor-capacitor)拓撲。

在上述方案下，工業界和學術界遇到的共同難點是原邊和副邊控制信號的同步問題。由于原邊和副邊是兩套獨立的控制系統，雖然數字信號處理器(Digital SignalProcessor,DSP)在高分辨率脈寬調制模式(High Resolution Pulse Width Modulator，HRPWM)下的頻率精度比較高，可以達到0.002％的頻率精度(TMS320F28335)，但由于系統自身工作頻率很高，100kHz的控制信號會在原邊和副邊之間產生2Hz的頻率偏差，這將導致諧振電壓間出現周期變化的相位差，輸出電流和輸出功率將出現周期振蕩現象，這對于需要為用電設備提供穩定電源的WPT系統來說是不能接受的。目前主要是通過引入外部時鐘或輔助設備等方法進行同步，成本較高且需要額外的信號調理電路，對硬件和控制算法的要求很高。此外，為避免全橋電路同一橋臂的上、下功率開關直通，需要在驅動信號中加入死區時間，這可能會導致死區效應，增大開關損耗，影響電能質量和系統的穩定性。目前，解決死區問題的方法主要有三類：死區效應最小化控制、死區補償控制和無死區控制，其成本均較高。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種無線電能傳輸裝置，以實現對小功率電氣設備無線充電。

為實現上述目的，本發明提供了一種無線電能傳輸裝置，所述裝置包括：

直流穩壓電源、全橋逆變電路、磁耦合諧振電路、半無橋有源整流器、負載裝置、電流傳感器、電壓傳感器和控制器；所述直流穩壓電源依次通過所述全橋逆變電路、所述磁耦合諧振電路和所述半無橋有源整流器連接；所述控制器分別與所述電流傳感器、所述電壓傳感器、所述半無橋有源整流器中第五開關管的第二端和第六開關管的第二端連接；