[发明专利]基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置及控制方法

说明书

本发明提出了一种基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置及控制方法。所述切换装置包括由六边形阵列线圈构成的多发射器，七个切换开关及其控制电路，补偿电路。其中，控制电路中电流传感器与调理电路相连，调理电路与A/D转换电路相连，A/D转换电路与FPGA控制器相连，FPGA控制器与电平转换电路和驱动电路相连，驱动电路与全桥逆变器的开关器件相连，电平转换电路与继电器阵列相连。所述控制方法，包括了切换准则和控制算法，控制算法中通过检测不同工作模态下的发射端电流，并依据切换准则精确地输出使得系统处于最优工作模态的开关组控制信号，实现了供电区域自适应切换，解决因线圈间横向偏移造成的效率降低问题。

技术领域

本发明涉及无线输电领域，具体涉及一种基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置及控制方法。

背景技术

在多发射谐振式无线输电系统中，当接收线圈与发射线圈存在横向偏移时，可通过多发射线圈的自适应切换来提高系统的抗偏移性。然而，现有的切换控制方法仅根据耦合系数与传输效率的关系推导了发射线圈间的切换准则，然而工程实际中耦合系数的在线获取难以实现。因此，针对多发射谐振式无线输电系统的切换准则以及控制方法还需进一步研究与完善。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置及控制方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置，所述切换装置包括多发射线圈及切换开关，补偿电容，控制电路。其中，控制电路中电流传感器与调理电路相连，调理电路与A/D转换电路相连，A/D转换电路与FPGA控制器相连，FPGA控制器与电平转换电路和驱动电路相连，驱动电路与全桥逆变器的开关器件相连，电平转换电路与继电器阵列相连。

上述基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置，所述多发射线圈及切换开关由七个继电器开关构成，其中，开关S₁、开关S₂、开关S₃作为主开关，实现了L_A、L_B、L_C、L_D四个线圈组之间的接通与关断，开关S₄、开关S₅、开关S₆、开关S₇作为辅助开关，实现了不同供电区域所需线圈组的接入。对七个继电器开关的组合使用，可以实现单区域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)与双区域(Ⅰ+Ⅱ、Ⅱ+Ⅲ)之间五种供电区域的切换。

上述基于多发射谐振式无线输电系统的切换装置，所述发射端补偿电容，采用一个继电器开关的两电容并联形式，以使得系统切换前后的电路均能实现合理的电容补偿，且能保证电路进行切换时始终有电容工作，电容表达式为：其中C₁为双区域供电区域的补偿电容容量，C₁与C₂之和为单区域供电区域的补偿电容容量。

上述基于多发射谐振式无线输电系统的控制方法，所述控制方法包括了切换准则和控制算法，切换准则应用于线圈偏移下最优工作模态的选取，具体表现为，当双区域工作模态的原边电流I_p2小于单区域工作模态的原边电流I_p1的0.7倍时，此时双区域工作的传输效率将大于单区域工作的传输效率，应切换至双区域工作模态，若出现I_p2大于或等于0.7倍I_p1，则切换至单区域工作模态。

上述基于多发射谐振式无线输电系统的控制方法，所述控制方法中的切换准则，根据如下步骤推导线圈偏移下最优工作模态的判断条件：

步骤一，根据KVL公式构建单区域和双区域的原边电流与副边电流表达式：

步骤二，构建效率与原边电流表达式，并当双区域工作时的效率大于单区域工作时的效率，则有：