[发明专利]电磁共振式无线电能传输锁相频率跟踪电路

说明书

技术领域

本发明涉及频率跟踪电路，尤其是电磁共振式无线电能传输锁相频率跟踪电路。

背景技术

无线电能传输目前常用的技术有：无线电波式或微波式、电磁感应式以及电磁共振式。无线电波式，由于磁通向空间全方位辐射，能够接收的功率很小；微波方式，容易对通信造成干扰，能量束难以集中，定向性差，传输效率低；电磁感应式通过磁场耦合感应相联系，但传输距离较短，多在几个厘米；电磁共振式，采用两个相同频率谐振电路，利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性，中等距离传输，传输效率较高。电磁共振式无线电能传输中电磁场随传输距离增加而迅速衰减，为了捕捉随距离衰减的电磁场，采用两个发生谐振耦合的电路，即当发射回路和接收回路发生谐振时，发射回路和接收回路阻抗最低，流过收发线圈的电流最大，此时，在一定传输范围内，发射回路大部分能量都能被接收回路吸收，使大部分能量由发射回路传递到接收回路。电磁共振式电能无线传输除发射回路和接收回路外，还包括高频发射功率源和接收功率的负载。电能无线传输过程中，受传输距离、传输功率、外界障碍物（如导磁性物体等）、接收端负载及电路工作温度变化等各方面的影响，导致谐振电路中接收和发射线圈电感量变化，从而引起谐振频率的变化，即失谐，发射源大部分能量都消耗在发射回路本身而不会被接收回路吸收，效率极低。因此，保持发射回路和接收回路共同谐振，不发生失谐是实现谐振耦合电能无线传输的关键部分。

发明内容

本发明的目的是克服电磁共振式无线电能传输的失谐问题，提供一种电磁共振式无线电能传输锁相频率跟踪电路。本发明采用的技术方案是：

一种电磁共振式无线电能传输锁相频率跟踪电路，包括发射端电压电流检测电路、锁相环频率跟踪电路和逆变控制电路；从发射端谐振回路采集的电压和电流信号，经发射端电压电流检测电路进行波形滤波、整形和相位控制处理，输出方波FAV和FAI，经锁相环频率跟踪电路，输出相位差180°的驱动脉冲Qp和Qn，经逆变控制电路，将Qp和Qn分配成驱动信号Q1a、Q2a、Q3a、Q4a；所述驱动信号Q1a和Q4a同相，Q2a和Q3a同相，Q1a、Q4a与Q2a、Q3a相位差180°。

进一步地，所述发射端电压电流检测电路包括发射端电压检测电路和发射端电流检测电路。

所述发射端电压检测电路包括设置发射端谐振回路中的电压传感器V1、电压负向过零比较器、电压正向过零比较器、负向电压波形整理电路、正向电压波形整理电路、正向和负向电压波形相加电路、电压波形延时电路、D触发器IC6B。

所述电压负向过零比较器主要由电阻RV3、RV4、RV6和集成电压比较器ICV1组成；所述电压正向过零比较器主要由电阻RV1、RV2、RV5和集成电压比较器ICV2组成；所述负向电压波形整理电路主要由电阻RV8、电容CV1和集成单稳态触发器ICV3A组成；所述正向电压波形整理电路主要由电阻RV7、电容CV2和集成单稳态触发器ICV3B组成；所述正向和负向电压波形相加电路由与非门IC4C组成，用于将电压频率倍频；所述电压波形延时电路主要由电阻RV9、电容CV3、CV4、电位器PV1和集成单稳态触发器ICV5A、ICV5B组成。

通过电压传感器V1从发射端谐振回路采集的电压信号通过电阻RV3输入集成电压比较器ICV1的反相输入端，通过电阻RV1输入集成电压比较器ICV2的同相输入端。

集成电压比较器ICV1的同相输入端通过电阻RV4接地，集成电压比较器ICV1的输出端接电阻RV6的一端和集成单稳态触发器ICV3A的正触发输入端；电阻RV6的另一端接正电源；集成单稳态触发器ICV3A的负触发输入端接地，集成单稳态触发器ICV3A的外接电阻电容端与外接电容端之间接有电容CV1，外接电阻电容端通过电阻RV8接正电源。

集成电压比较器ICV2的反相输入端通过电阻RV2接地，集成电压比较器ICV2的输出端接电阻RV5的一端和集成单稳态触发器ICV3B的正触发输入端；电阻RV5的另一端接正电源；集成单稳态触发器ICV3B的负触发输入端接地，集成单稳态触发器ICV3B的外接电阻电容端与外接电容端之间接有电容CV2，外接电阻电容端通过电阻RV7接正电源。

集成单稳态触发器ICV3A的端和集成单稳态触发器ICV3B的端分别连接与非门IC4C的两个输入端，与非门IC4C的输出端连接集成单稳态触发器ICV5A的正触发输入端；集成单稳态触发器ICV5A的负触发输入端接地，集成单稳态触发器ICV5A的外接电阻电容端与外接电容端之间接有电容CV3，外接电阻电容端通过电位器PV1接正电源。