[发明专利]一种高效率无线充电系统及控制方法

说明书

一种高效率无线充电系统及其控制方法。无线充电系统包括无线电能发射器和无线电能接收器。本发明通过阻抗匹配将谐振频率点保持在无线充电系统的工作频率范围内，随后通过发送不同默认传输频率的传感信号跟踪最佳频率点，将最佳频率点设置为无线充电系统的工作频率，以此实现在可变传输距离下电能的高效率传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，特别是一种能够实现高效率传输的无线充电系统和控制方法。

背景技术

无线充电也被称为非接触式充电。无线充电系统通过电场耦合将电能传输到充电设备，不需要充电线连接，从而使得无线充电比传统的电线充电更安全，更耐用且更方便。但当无线充电系统传输距离变化时，无线充电系统的谐振频率随之发生变化。此时，无线充电系统的传输效率也会随之下降。因此，通过提出一种无线充电系统和控制方法实现系统阻抗匹配，并追踪最佳频率点，使无线充电系统在可变距离下能够实现最大效率输出。

《一种基于无线充电系统效率的无线充电方法》（申请号CN201910024999）公开的是一种提高无线充电系统效率的控制方法，通过公式计算系统效率，改变线圈位置提高无线充电系统传输效率，但不能实时跟踪谐振频率，对无线充电系统的传输距离有严格要求。《谐振频率跟踪电路》（申请号CN103414463A）公开的是一种电路拓扑，在负载变化和LC参数变化时能够跟踪频率来提高传输效率，但需要增加锁相环和多个控制单元，控制方法复杂，成本较高。可见，现有的无线充电系统存在以下不足：①传输距离严重影响无线充电系统的传输效率，传输距离不断变化时，无线充电系统效率会随之改变，系统不能实现最大效率的电能传输。②无线充电系统具有很强的非线性，现有的控制方法较为复杂，且需增加额外的硬件电路，增加了产品成本。

发明内容

针对现有无线充电系统存在的阻抗匹配效果不佳和传输效率低的问题。本发明的主要目的是提供一种高效无线充电系统及其控制方法，能够寻找无线充电系统的最佳频率点，以提高无线充电系统传输效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高效率无线充电系统，包括无线发射器和无线接收器两部分。

所述的无线电能发射器由原边电源转换模块、原边控制模块和传输模块组成。

所述的原边电源转换模块包括AC-DC转换电路和功率转换电路。

所述的原边控制模块执行针对最佳频率点的跟踪处理。

所述的传输模块主要包括原边阻抗匹配电路和传输电路。原边阻抗匹配电路由可实时调节的电容器组成，与传输电路相连接，由原边控制电路控制以实现阻抗匹配。

所述的无线电能接收器包括接收模块、副边控制模块和副边电源转换模块。

所述的接收模块主要包括副边阻抗匹配电路和接收电路。副边阻抗匹配电路连接到接收电路，其中副边阻抗匹配电路的电容可变并由副边控制电路控制以进行阻抗匹配。

所述的副边控制电路执行最佳频率点的跟踪处理。

所述的副边电源转换模块包括整流电路和DC-DC转换电路。

一种高效率无线充电系统的控制方法包括以下步骤：①对无线充电系统进行阻抗匹配，使无线充电系统的谐振频率点保持在系统工作频率范围内；②通过发送具有默认传输频率的传感信号来跟踪最佳频率点，并计算传感信号的传输效率；③确定传输效率是否满足传输要求，当传输效率不满足传输要求时，用其他默认传输频率重复前面步骤，直到传输效率满足要求为止；④将最佳频率点设置为无线充电系统的工作频率以进行充电。

由于采用以上技术方案，本发明相比现有技术具有以下有益效果。

1.本发明的无线充电系统和控制方法提供了一种追踪无线充电系统的最佳频率点的方法，降低了硬件成本，控制简单。