[发明专利]一种单级单相无线电能传输谐振变换器及其控制策略

说明书

本发明涉及一种单级单相无线电能传输谐振变换器及其控制策略，属于无线电能传输技术领域。这种变换器是由复用高频逆变的半桥Boost PFC整流电路、发射端谐振网络、接收端谐振网络、高频整流滤波电路、稳压电路和负载依序级联构成。复用高频逆变的半桥Boost PFC整流电路中包含一对半桥功率开关，其既作为PFC整流的控制开关，同时也复用为高频谐振的逆变开关，PFC整流电路输出直流母线电压作为高频逆变电路的直流电源，该电路为耦合谐振电路提供高频激励源；其控制策略是由半桥Boost PFC控制和无线电能高频谐振调制两部分构成，在一个半桥Boost PFC高频开关周期内，对功率开关的控制信号进行谐振调制，在保证高输入功率因数的同时，完成无线电能传输的高频调制。

技术领域

本发明所涉及的单级单相无线电能传输谐振变换器及其控制策略，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

无线电能传输谐振变换器利用自身电路特点将电能转换为电磁能，又将电磁能转换为电能。变换器由一次侧电路和二次侧电路组成，两侧电路之间是通过耦合磁场所联系起来的。一次侧电路将输入工频交流电经过功率因数校正整流环节、高频逆变环节转换为高频交流电，经过谐振耦合电路产生时变磁场，将能量传递给二次侧电路；二次侧电路产生高频交流电，经过高频整流滤波电路和稳压电路，为负载提供所需的直流电。高频逆变环节在谐振变换器中主要起到了如下作用：（1）实现了将功率因数校正整流环节输出直流电压转换为高频交流电；（2）为耦合谐振电路提供高频激励源，高频交流电压频率与耦合谐振电路谐振频率一致，实现无线电能传输谐振变换器的高效传输。

近年来，伴随着人们生活水平的提高和科学技术的发展，越来越多的电子设备走进普通大众的生活中，比如智能手机、笔记本电脑、智能手环、可穿戴设备等。目前，此类可移动设备的供电仍高度依赖传统线缆的接触式供电，随身携带充电设备为人们出行带来不便；高频率的插拔充电器，提高了设备的损坏率；其次在用电供电过程中，采用固体介质输电增大了物理连接的电火花、导线裸露等现象的发生，严重危害人身安全；利用输电导线来传输电能，在水下、工厂车间等恶劣的环境下有诸多局限，采用线缆进行电能的传输阻碍了先进设备的发展，迫切需要新型供电方式。伴随着社会进步、生活水平的提高，人们对于用电安全便捷性的要求、对于智能家居生活的憧憬，促使了无线电能传输领域的发展和进步。同时无线电能传输本身较线缆供电方式所显现的优势，无论是对工农业生产，还是对个人家居生活，都将带来极大的便利。

传统级联式无线电能传输谐振变换器原理框图，如图1所示。目前无线电能传输系统主要采用级联电路，即采取PFC整流电路与DC/AC变换电路串联的方式，此类方式使得电能传输系统电路结构复杂、驱动电路控制难度大、同时不利于减小体积、降低了能量传输效率。

因此积极寻求一种单级谐振式无线电能传输系统，并对现有控制策略进行创新已迫在眉睫，其对于简化无线电能谐振变换器电路结构，减少电路能量损耗，提高谐振变换器电能传输效率将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种输入工频交流电，经过电能变换为耦合谐振电路提供高频激励源，且具有输入高功率因数、拓扑简洁、电能传输效率高、应用前景广泛等优点的无线电能传输谐振变换器，并提出一种单级单相无线电能传输谐振变换器控制策略。