[实用新型]一种感应式电能传输系统的能量拾取机构

说明书

技术领域

本实用新型属于电能传输与电能变换技术领域，涉及一种感应式电能传输技术及装置，尤其关于一种感应式电能传输系统的能量拾取机构。

背景技术

感应电能传输系统，即IPT系统(Inductive Power Transfer System)，是一种新型电能传输技术，系统通过高频磁场，实现电能从原边绕组到副边绕组的传递。IPT系统是一种能量松耦合系统，电能可以在一定的操作频率下，通过一定间隔的气隙传输到副边电路。这种特性解决了在恶劣环境下的电能传输系统难于维护和保养的难题。

目前，国内外有不少科技工作者和学者在感应电能传输领域已进行了一系列的研究，其中新西兰J.T.Boys教授带领的科研小组开发了功率为1.2kW的感应电能充电汽车，日本的Junji hirai等学者也开发了带宽达8.5MHz的智能电池充电系统。国内重庆大学和浙江大学等高校的学者也对感应电能传输进行了初步研究和探讨。

但这些研究主要侧重于提高系统效率和功率密度、改善传输的电能质量以及提高系统的功率容量等方面。在实际应用中，由于工况的变化经常会导致IPT系统的原副边磁芯物理特性和能量传输路径发生变化，这就使得IPT系统的输出功率变得不稳定。以上研究没有考虑这种功率输出不稳定的情况；因此，上述研究和成果在稳定的功率输出方面都有欠缺。

发明内容

本实用新型克服了已有技术的一些缺点，目的在于提供一种感应式电能传输系统的能量拾取机构，该机构以降压模块为主要模块，利用M68HC908作为控制核心，通过双闭环反馈控制，实现稳定的功率输出。

本实用新型的发明目的是通过如下技术方案实现的：一种感应式电能传输系统的能量拾取机构，由硬件电路部分和软件算法组成；硬件电路包括整流滤波模块、降压模块、开关管驱动模块和反馈控制模块；软件算法则是利用电压环反馈和电流环反馈，实现双闭环反馈控制的算法。

整流滤波模块用于对IPT系统的高频电压进行整流，由于IPT系统的副边的感应电动势频率一般都能达到10kHz-50kHz，对这样的高频电压进行整流需要快速二极管STTH2002来搭建整流桥。为平滑整流桥的输出电压和电流，同时提高能量拾取机构的功率因数，在整流桥后还串联一滤波电路。

降压模块以整流滤波后的电压作为输入电压，进行DC-DC变换。包括了Buck电路、RCD缓冲电路、负载和精密电阻。Buck电路中包括储能元件的一个电感和一个电容以及开关管和续流二极管。RCD缓冲电路由电阻、电容和二极管组成。精密电阻应该既能够实现较精确的电流测量，又能够承受较大的高频电流尖峰。

反馈控制模块由M68HC908GR32单片机及其外围电路组成。通过电压传感器和电流传感器采样得到采样电压和采样电流，送入单片机进行处理，实现双闭环反馈控制算法。

开关管驱动模块为IR2110的IGBT电路，芯片的HIN脚和SD脚由单片机输出信号控制，其中HIN脚为PWM波的控制信号，SD脚输入驱动使能信号，当其为高电平时，IR2110的输出始终为低；当其为低电平时，IR2110输出PWM波。本输出信号直接对降压模块

控制算法是在反馈控制模块中实现的。通过电压传感器和电流传感器采样得到采样电压和采样电流，送入单片机进行处理，采用双闭环反馈控制，使得降压模块在单片机的控制下输出稳定的直流电压和电流，使负载端输出稳定的功率。具体步骤是：首先，进行系统初值的设置，包括设置基准电流、电压阈值、占空比值，以及PI调节的参数k₁和k₂。然后，基准电流再同电流传感器的输出进行比较，这样就得到了误差电流，将误差电流进行PI调节后得到基准电压。再将采样电压与基准电压比较，在两者差值大于电压阈值的情况下减小单片机捕获寄存器中的捕获值，从而将PWM波的占空比D减小，否则增加捕获值，将D增大，然后回到获取采样电流I的阶段，并重新循环该过程。经过一定的时间，系统即可进入稳定的功率输出状态。

采用如上所述的技术方案后，本实用新型具有如下优越性：

由于本实用新型从系统的角度设计了整个能量拾取机构的实现流程，然后对系统中各个模块进行了参数匹配设计及算法的实现过程。经过实验验证，本实用新型能够根据负载的变化实现稳定的功率输出。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构框图；

图2为本实用新型的整流滤波模块的电路原理图；

图3为本实用新型的降压模块的电路原理图；

图4为本实用新型的开关管驱动模块的电路原理图；