[實用新型]一種帶阻抗匹配的可重構電流型無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 202120339670.1
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN214543820U
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 程瑜華;劉椿武;徐慧;王高峰;李文鈞
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學溫州研究院有限公司;杭州電子科技大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/70
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本實用新型公開了帶阻抗匹配的可重構電流型無線電能傳輸系統；其包括發送端和接收端。所述的接收端包括接收線圈、匹配電感Ls和匹配電容Cp。所述接收線圈的一端通過開關管M4連接到負載RL的第一輸入端，通過串聯的匹配電感Ls和開關管M3連接到負載RL的第一輸入端；接收線圈的另一端連接到負載RL的第二輸入端。串聯的匹配電容Cp、開關管M1并聯在接收線圈、匹配電感Ls的兩端或并聯在接收線圈的兩端。串聯的匹配電容C2、開關管M2并聯在接收線圈的兩端。本實用新型在可重構電流型無線電能傳輸系統中引入L型阻抗匹配網絡，使得可重構電流型無線電能傳輸系統能夠工作在最大傳輸功率附近。

技術領域

本實用新型屬于無線可充電傳感器網絡能量供應技術領域，具體涉及一種帶阻抗匹配的可重構電流型無線電能傳輸系統。

背景技術

因為電壓諧振式系統和電流諧振式系統分別適用在耦合距離或負載值較小和較大，即接收端電壓較大和較小的場景。而在植入式醫療、傳感器、無線射頻識別和無線充電設備等的應用背景下，都會面臨由于線圈的耦合條件(包括相對距離和相對方向等)、電路諧振狀態或者負載的改變導致的接收端接收功率變化的問題。而可重構電流型系統基于對接收端電壓幅值的檢測，使得系統在接收端電壓較大時工作在電壓諧振式，接收端電壓較小時工作在電流諧振式，分別使系統獲得更高的能量傳輸效率(Power TransferEfficiency，PTE)和電壓轉換效率(Voltage Conversion Efficiency，VCE)，同時拓展了系統的傳輸距離和負載范圍，使得系統可以應用在傳輸距離和負載變化較大的場景。

但可重構電流型系統也會面臨當工作在電壓諧振式時，由于不同負載的差異使得系統傳遞至不同負載的能量(Power Deliveredto Load，PDL)以及能量傳輸效率PTE并不能保持最優的問題，甚至PDL和PTE都為一個極小值，因而并不能滿足負載所需系統提供的能量。而為了解決這一問題，本文提出了基于可重構電流型系統工作在電壓諧振式時與阻抗匹配技術相結合的技術方案和電路結構，使得在系統以電壓諧振式運行時，在任意負載下均能使得系統輸出最大功率，保證最大功率傳輸效率，并且同時不會影響系統以電流諧振式運行時的性能。

發明內容

本實用新型提供一種帶阻抗匹配的可重構電流型無線電能傳輸系統。

本實用新型包括發送端和接收端。所述的接收端包括接收線圈L2、匹配電感Ls、匹配電容Cp、開關管M1、開關管M2、開關管M3、開關管M4和電容C2。所述接收線圈L2的一端通過開關管M4連接到負載RL的第一輸入端，通過串聯的匹配電感Ls和開關管M3連接到負載RL的第一輸入端；接收線圈L2的另一端連接到負載RL的第二輸入端。串聯的匹配電容Cp、開關管M1并聯在接收線圈L2、匹配電感Ls的兩端或并聯在接收線圈L2的兩端。串聯的電容C2、開關管M2并聯在接收線圈L2的兩端。

作為優選，所述匹配電感Ls的電感值、匹配電容Cp的電容值根據各項工作參數確定，使得無線電能傳輸功率達到最大。

作為優選，所述的發送端包括串聯的信號源、補償電容C1和發送線圈L1。

本實用新型的有益效果如下：

1、本實用新型在可重構電流型無線電能傳輸系統中引入L型阻抗匹配網絡，使得可重構電流型無線電能傳輸系統能夠工作在最大傳輸功率附近。

2、本實用新型基于可重構電流型無線電能傳輸系統，通過結合阻抗匹配網絡，使得系統以電壓模式工作時只需要調整阻抗匹配網絡的元器件參數，就能在不同負載條件下均實現最大功率傳輸。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路原理圖；

圖2為本實用新型以電壓模式工作的等效電路圖；

圖3為本實用新型以電流模式工作的等效電路圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進一步說明。