[发明专利]一种传输距离动态变化下的无线供电功率控制系统及方法

说明书

一种传输距离动态变化下的无线供电功率控制系统及方法，属于航天能源技术领域。本发明实现当无线供电系统的能量传输距离改变时，利用接收端线圈的自动有级调节方式和恒功率控制方法，可解决由于传输距离大范围变化而导致的负载输出功率波动的问题，是一种适用于不同传输距离的无线供电系统，同时也是一种输出功率恒定的无线供电系统。

技术领域

本发明涉及一种传输距离动态变化下的无线供电功率控制系统，

背景技术

无线供电系统可通过利用线圈建立磁场传输能量，可随着无线供电系统的使用条件越来越苛刻，要求能量传输距离大范围可变，且保持输出功率不变，传统的无线供电系统无法满足该要求。随着传输距离变化，能量发射线圈与接收线圈的互感值M将在一定范围内变化，由公式(1)和(2)可知，M值可直接影响能量接收端的感应电压U_S，从而改变输出功率，其中ω为无线供电系统的谐振角频率，I_P为能量发射线圈的电流。因此，可通过检测接收端感应电压U_S +无线通信的方式调节能量发射线圈电流I_P，保持U_S不变，从而保持接收端输出功率基本不变，虽然该方法可保证输出功率基本不变，但需要增加检测与通信电路，加大了系统电路设计难度。鉴于此，本设计提出一种分段线圈自动有级调节及恒功率控制方法，当传输距离在一定范围内变化时，改变输出到 DC/DC模块的能量接收线圈的自感，根据反馈信息调整传输参数，使输出功率基本恒定。

U_S＝jωMI_P(1)

传统的无线供电系统一般采用开环控制，即根据既定不变的传输距离设计参数，但在系统实际运行过程中，由于人为或环境因素的影响，传输距离或系统参数偏离设定值，而无线供电系统的谐振网络和线圈参数难以根据实际情况实时调整，这无疑会引起输出功率的波动。因此，本设计提出了一种接收端线圈自动有级调节及功率控制方式，解决由于传输距离大范围变化而导致的负载输出功率波动的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种传输距离动态变化下的无线供电功率控制系统，解决了由于传输距离变化而导致的负载输出功率波动的问题。

本发明的技术解决方案是：一种传输距离动态变化下的无线供电功率控制系统，包括能量数据发送模块和能量数据接收模块；所述能量数据发送模块包括第一电压检测单元、发射模块控制单元、第一数据收发天线单元、第一驱动电路和数据调制解调模块，以及依次连接的功率因数校正电路、第一DC/DC 变换器、逆变电路模块和能量发射线圈；所述功率因数校正电路、第一DC/DC 变换器、逆变电路模块串联构成电压变换电路；所述能量数据接收模块包括用于与能量发射线圈进行磁耦合作用、实现无线电能传输的能量接收线圈、第二电压检测单元、第二驱动电路、接收模块控制单元、第二数据调制解调单元和第二数据收发天线单元，以及与能量接收线圈依次连接的整流电路、继电器和第二DC/DC变换器；

第一电压检测单元用于检测逆变电路的输入电压，并将检测结果发送给发射模块控制单元；

发射模块控制单元依次与数据调制解调模块和第一数据收发天线单元连接，第一数据收发天线单元接收初始电压调整信息，发送给数据调制解调模块，数据调制解调模块处理后生成电压调整信息发送至发射模块控制单元；发射模块控制单元根据输入电压与电压调整信息，通过对应的第一驱动电路调整电压变换电路的输出电压，使能量发射线圈的输出功率维持在预设值；

第二DC/DC变换器的另一端并联在负载电路的两端，第二电压检测单元用于检测所述整流电路的输出电压，并将检测结果发送给接收模块控制单元；