[发明专利]一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路

说明书

技术领域

本发明涉及到非接触式能量传输技术领域，具体地说，是一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路。

背景技术

如图1所示，非接触式能量传输系统主要由初级回路和次级回路组成。其中初级回路固定，主要由高频逆变器和LC谐振电路组成，次级回路主要由拾取线圈，功率调节电路以及可变负载组成，可在一定范围内移动，初级回路与次级回路之间不存在电气连接。初级回路主要完成电能的变换与发送，次级回路主要完成能量的拾取与功率调节，系统之间通过空间电磁耦合实现能量的传递。

随着科学技术的发展，非接触式能量传输技术已经得到广泛应用，例如大功率电气设备的非接触供电、小功率便携式电子装置的非接触充电、特殊环境下工作的电气设备的非接触供电等。该技术因其无接触火花，无器件磨损、易维护、安全性能好、低噪声、自动化程度高等优点，从而具有广阔的应用前景。

但是，由于受到负载变化以及次级回路移动距离的影响，系统的谐振频率将会发生变化，特别是对于负载切换，当负载RL较小时，系统谐振频率随着RL的增大而迅速增大；当RL增大到一定程度时，谐振频率趋于稳定；当RL增大到无穷大时，相当于负载开路，此时L_s与C_s谐振于某一固定频率。因此，并联拾取机构能够在较稳定的频率下携带大阻值负载。但是当负载过大时，系统的谐振表现为传输无功功率，传输效率低，负载不能正常工作。

如图2所示，系统传输功率P和系统谐振频率f的关系曲线是一条抛物线，系统工作频率在f1～f2之间时，传输功率P较大；在自然谐振频率点f0处，P取最大值。此频率f0是拾取端的完全谐振频率，它的值由                                                决定。 

因此，非接触式能量传输系统中常常需要采用稳频控制策略。

发明内容  

本发明的目的是提出一种基于电容矩阵的非接触式能量传输系统稳频电路，主要保证初级回路谐振频率的稳定性，实现能量的最大功率传输。

为达到上述目的，本发明采用如下方案：

一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路，包括逆变器、原边谐振电路L_p、C_p、副边谐振电路L_s、C_s、功率调节电路，所述逆变器的输入端连接有直流电源，所述功率调节电路的输出端连接有可变负载RL；

其关键在于：所述原边谐振电路Lp、Cp上连接有频率检测器，该频率检测器的输入端连接在原边谐振电容Cp与激励线圈Lp之间，该频率检测器的输出端输出原边谐振频率值f1到控制器的第一输入端，该控制器的第二输入端输入系统设定谐振频率值f0，所述控制器的输出控制端与并联电容阵列相连，该并联电容阵列并联在所述原边谐振电容Cp上，所述控制器根据所述原边谐振频率值f1与系统设定谐振频率值f0之差控制所述并联电容阵列的电容值。

在一定负载范围内，原边谐振频率值f1随负载RL的增加而增大。通过频率检测器检测的谐振电流的实际工作频率f1，利用控制器将实际频率f1与系统设定谐振频率f0作比较，通过所得差值，控制电容阵列开关的通断，从而有效改变电容值大小，当负载RL增大时，工作频率f1大于系统设定谐振频率f0，即△f=f1-f0>0时，通过控制器控制并联电容阵列适当增大原边谐振电容的有效值以减小工作频率；当△f=f1-f0<0时，通过控制器控制并联电容阵列适当减小原边谐振电容的有效值以增大工作频率,最终保证系统稳定地工作于系统设定谐振频率点。

所述并联电容阵列由9个0.1 nF，9个1 nF以及9个10 nF的电容并联组成，每一个电容串接有一个控制开关，该并联电容阵列的可变范围为0～99.9 nF。

通过控制器控制相应控制开关的通断状态，可以实现并联电容阵列有效电容值在0～99.9 nF之间变化，调节步长为0.1nF。

所述原边谐振电路L_p、C_p为串联式谐振回路，所述副边谐振电路L_s、C_s为并联式谐振回路。

在谐振频率下，次级回路采用串联谐振结构时，次级电容压降和拾取线圈压降相抵消，系统对负载输出等效为电压源。采用并联谐振结构时，流入次级电容中的电流与拾取线圈中的电流的无功分量相抵消，系统对负载输出等效为电流源。