[发明专利]一种具有恒压输出特性的无线电能传输系统

说明书

本发明公开了一种具有恒压输出特性的无线电能传输系统，包括发射装置和接收装置；发射装置包括交流受控电压源、发射端控制模块和发射模块；交流受控电压源输出端与发射模块相连，交流受控电压源输入端与发射端控制模块相连；发射端控制模块包括驱动控制信号接收模块和开关驱动模块；接收装置包括接收模块、控制信号生成模块和负载，接收模块和负载串联连接；控制信号生成模块包括输出电压采样模块、驱动控制信号调理模块和驱动控制信号发射模块。本发明的无线电能传输系统输出电压不受耦合系数、负载大小以及负载特性的影响，具有很好的恒压输出特性，且整个系统控制简单，在实际应用中，具有显著优势。

技术领域

本发明涉及无线电能传输或无线输电的技术领域，尤其是指一种具有恒压输出特性的无线电能传输系统。

背景技术

业内习知，无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)，相比于传统的导线供电方式无电气连接，具有灵活便捷、安全可靠等优点。在实际应用中，经常要求系统输出电压保持恒定，较为典型的方法是引入闭环负反馈控制，通过在一次侧加入前级变换器，或通过在二次侧加入Buck或者Boost型DC-DC变换器，尽管能达到较好的效果，但会增加控制复杂性，稳定性降低。另一种常用的方法是基于补偿网络的设计，通过拓扑自身的恒压输出特性实现对负载的恒压输出，而无需复杂的闭环负反馈控制，但系统恒压输出效果对耦合机构互感极其敏感，因此，这种方法也具有一定的局限性。另外，现有的恒压控制技术主要针对的是纯电阻负载，对于感性负载和容性负载的适用性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种具有恒压输出特性的无线电能传输系统，通过控制负载两端输出电压与交流受控电压源输出电压相位差，实现对输出电压的恒定控制，使输出电压不受耦合系数、负载大小以及负载特性的影响。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种具有恒压输出特性的无线电能传输系统，包括发射装置和接收装置；所述发射装置包括交流受控电压源、发射端控制模块和发射模块，所述交流受控电压源的输出端与发射模块相连，为发射模块提供能量，所述交流受控电压源的输入端与发射端控制模块相连，受发射端控制模块控制；所述发射端控制模块包括驱动控制信号接收模块和开关驱动模块，所述驱动控制信号接收模块的输出端与开关驱动模块的输入端相连，所述开关驱动模块的输出端与交流受控电压源的输入端相连，根据驱动控制信号生成开关驱动信号控制交流受控电压源的输出电压；所述接收装置包括接收模块、控制信号生成模块和负载；所述接收模块和负载串联连接；所述控制信号生成模块包括输出电压采样模块、驱动控制信号调理模块和驱动控制信号发射模块；所述输出电压采样模块的输入端与负载相连，采样输出电压相位；所述输出电压采样模块的输出端与驱动控制信号调理模块的输入端相连，所述驱动控制信号调理模块根据采样得到的输出电压相位生成与输出电压同向或者反向的方波驱动控制信号；所述驱动控制信号调理模块的输出端与驱动控制信号发射模块的输入端相连，所述驱动控制信号发射模块将驱动控制信号发送给驱动控制信号接收模块。

进一步，所述交流受控电压源的输出电压与负载两端电压同相或者反相，即发射模块的输入电压与接收模块的输出电压同相或者反相，即满足下式：

其中，为交流受控电压源的输出电压与负载两端输出电压的相位差，为交流受控电压源的输出电压的相位，为负载两端输出电压的相位。

进一步，所述发射模块由串联连接的发射线圈、发射端谐振电容和发射线圈等效内阻组成；所述接收模块由串联连接的接收线圈、接收端谐振电容和接收线圈等效内阻组成。

进一步，所述发射模块的固有频率与接收模块的固有频率相同，即满足：ω₁＝ω₂，其中，表示发射模块的固有频率，表示接收模块的固有频率，L₁为发射线圈的电感值，L₂为接收线圈的电感值，C₁为发射端谐振电容值，C₂为接收端谐振电容值。