[发明专利]磁耦合共振式无线充电系统的自动阻抗匹配装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线充电系统，尤其涉及一种磁耦合共振式无线充电系统的自动阻抗匹配装置及方法。

背景技术

无线充电技术是一种应用前景十分广阔的技术，它的优点是安全，可靠，灵活。当今时代，无线充电主要有三种形式：电磁感应式；磁耦合共振式；微波辐射式。其中磁耦合共振式利用近场区的能量非辐射特性，基于共振原理，通过发射线圈与接收线圈之间的耦合谐振作用令到能量在具有相同谐振频率的发射线圈和接收线圈之间来回传递，而不同频率的物体基本不受影响。这种技术相对于电磁感应式，传输的距离大大增加；相对于微波辐射式，其传输效率大大提高。在磁共振式无线充电的过程中，手机、平板、可穿戴设备等接收端的不断移动会通过互感作用引起较大的发射端LC谐振线圈输入阻抗的变化，导致发射端LC谐振线圈的输入阻抗与电源(功率放大器)的内阻不满足共轭负匹配，从而大大减少发射端LC谐振线圈从电源处获得的功率，严重的时候，甚至导致电源的功率不能够传送至发射端LC谐振线圈，使接收端无法充电。

现有技术中，中国专利CN205647044U在理念上提出了一种具有自适应调节能力的磁耦合谐振式无线充电装置，其中关于自动阻抗匹配网络的设计，它在发射线圈的控制系统中利用了定向耦合器，衰减器及反射系数检测模块，原理上是通过测线发射端网络的S参数，然后再根据特定的算法来计算出所阻抗匹配网络所需要的电感电容值。中国专利CN103825467A提出了一种具有阻抗匹配网络的充电系统的高频变换电路，虽然此专利提及到阻抗匹配，但其设计目的是为了制作宽负载变化范围的无线电能传输发射电路，而且它的技术核心是在发射线圈与常规功率放大器之间增加了一个固定的阻抗匹配网络，并没有应用一些可调电感，可调电容之类的可调元件实行阻抗匹配网络的可调性，从而导致应用范围窄。

经研究表明，现有技术中的阻抗匹配原理多是把发射端线圈作为一个整体二端口网络，测量其S参数，然后通过测量所得的S参数来推导出需要的阻抗匹配网络类型及相应的电感电容元件的值，从而进行发射端线圈的阻抗匹配。这些方法大都采用网络分析仪来实时测量S参数，并将实时测得的S参数反馈到发射端的控制系统，经由控制系统对测得的S参数进行处理，得出相应的电感电容值，然后采取措施搭建阻抗匹配网络。这些方法仅仅适用于实验目的，无法被集成到一个产品中，所以适用范围有限，不适合应用在产品开发上。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种磁耦合共振式无线充电系统的自动阻抗匹配装置及方法，该装置及方法基于对电路Z参数的测量，可有效解决现有共振式无线充电系统中，发射端LC谐振线圈的无法实现阻抗匹配等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种磁耦合共振式无线充电系统的自动阻抗匹配装置，其包括有：一阻抗匹配网络，其前端用于连接功率放大器，所述阻抗匹配网络包括有多个供于选择的阻抗匹配支路，多个阻抗匹配支路的参数不同；一发射端LC谐振线圈，并联于阻抗匹配网络的后端，所述发射端LC谐振线圈用于从功率放大器获取交流电，并在空间中形成交变的电磁场；一检测模块，其用于测量发射端LC谐振线圈的输入阻抗；一控制单元，连接于检测模块与阻抗匹配网络之间，所述控制单元用于对检测模块测量的输入阻抗进行运算，在满足发射端LC谐振线圈的输入阻抗与功率放大器的内阻共轭匹配的条件下，运算得出发射端LC谐振线圈所需的阻抗匹配参数，并将所述阻抗匹配网络中与该阻抗匹配参数相对应的阻抗匹配支路连接于发射端LC谐振线圈。

优选地，所述阻抗匹配支路的参数包括阻抗匹配类型，以及用于组成阻抗匹配支路的电容的电容值和电感的电感值。