[发明专利]一种无线电能传输系统在最大效率跟踪下的阻抗匹配网络优化方法

说明书

一种无线电能传输系统在最大效率跟踪下的阻抗匹配网络优化方法，属于无线电能传输领域。本发明提出了一种新颖的WPT系统最大效率下的阻抗匹配网络优化方法。该方法分析了桥式整流电路的非线性、负载变化的适应性等涉及到最大效率跟踪的因素，为WPT系统在最大传输效率方面提供重要参考。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，特别涉及一种无线电能传输系统在最大效率跟踪下的阻抗匹配网络设计方法。

背景技术

本发明探讨了无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)系统在实际应用中有关传输效率的关键性问题，考虑到系统传输距离或负载的变化会导致电路非线性而引起传输效率降低。为使系统保持在最大效率点，本发明提出了一种新颖的WPT系统最大效率跟踪下的阻抗匹配网络优化方法，同时分析了桥式整流电路的非线性、负载变化的适应性等影响最大效率跟踪的因素。

一些研究表明，整流桥电路的非线性对系统的传输特性具有明显影响，而基于纯阻性等效整流性负载所设计的系统参数也将导致难以避免的误差。因此，整流性负载的非线性特征不可忽略，而现有的阻抗匹配方法大多将其作为阻性负载考虑将对系统的无功补偿带来误差。因此，研究整流性负载的非线性特征对无线充电系统参数设计过程的影响具有十分重要的意义。

本发明根据WPT系统最大效率传输的最优负载条件，分析了系统整流性负载的非线性特征，并根据此阻抗特征对T型阻抗匹配网络的设计方法做出优化。

发明内容

针对WPT系统因传输距离或负载的变化会导致电路非线性而引起传输效率降低的问题，为确保WPT系统工作在最大效率点，本发明提出了一种新颖的WPT系统最大效率下的阻抗匹配网络优化方法。该方法分析了桥式整流电路的非线性、负载变化的适应性等涉及到最大效率跟踪的因素，为WPT系统在最大传输效率方面提供重要参考。

本发明的技术方案如下：

一种无线电能传输系统在最大效率跟踪下的阻抗匹配网络优化方法，步骤如下：

一、无线电能传输系统的结构

所述无线电能传输系统包括发射端和接收端；其中发射端与工频市电相连，由稳压电路模块、高频逆变模块和发射线圈组成；接收端为负载提供电能，由接收线圈、T型阻抗匹配网络和全桥整流电路组成；

所述稳压电路模块是将220V市电转换为48V直流电，并进行相应的平滑滤波，以消除电信号中的谐波；所述稳压电路模块输出后连接高频逆变模块。所述高频逆变模块是将48V直流电转变成高频交流电，所述高频逆变模块连接发射线圈。所述发射线圈是由谐振电容C₁和发射线圈L₁串联组成，高频逆变模块输出的高频电信号，使谐振电容C₁和发射线圈L₁组成的串联谐振回路产生谐振电压和谐振电流。

所述的接收线圈L₂和谐振电容C₂组成接收端的谐振补偿网络，具有与发射端相同的谐振频率。M为发射线圈和接收线圈之间的互感，两个线圈磁耦合的紧密程度由耦合系数表示。R₁、R₂为发射电路和接收电路的等效电阻，R_i为负载侧等效电阻。通过电磁共振使能量从发射端传递至接收端。所述接收线圈模块连接阻抗匹配网络模块。所述T型阻抗匹配网络是由微处理器控制继电器阵列，实现相应匹配值切换的电容C_b1,C_b2和电感L_b组成的，T型阻抗匹配网络连接全桥整流电路。所述全桥整流电路模块由整流二极管D₁、D₂、D₃和D₄构成的，C₃为整流桥滤波电容，利用其充、放电作用，使输出电压U_L趋于平滑。全桥整流电路直接连接负载电阻R_L。