[发明专利]一种无线传能频率跟踪检测电路及实现方法

说明书

本发明公开一种无线传能频率跟踪检测电路及实现方法包括初级侧的发送线圈的谐振电压检测原理和检测方法，其中所述跟踪电路还包括：发送端谐振回路电路，利用谐振回路发送线圈电感的幅频特性和相频特性，方波电压源注入到谐振变换器，变换器器内部的RLC电路产生谐振，在电感(发送线圈)上产生高压；放大电路，将谐振回路中的电感电压经过高阻抗变换采样后经放大电路放大，完成全波整流变为直流电压信号，输出能够为控制器识别或者使用的电压信号；和频率控制器，根据采集的电感线圈电压进行频率跟踪和控制变换器的频率，以调节传能电路的输出功率。本发明通过跟踪发射线圈电压的变化调节发射端变换器的工作频率，使发射线圈电压达到极大值，最终实现电路中谐振频率的控制。

技术领域

本发明涉及磁耦合谐振无线电能传输技术领域，且更具体地涉及一种无线传能频率跟踪检测电路及实现方法。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，无线传能技术的应用越来越广泛，为了更加清楚地了解现有技术的不足，可以参考附图1进行详细说明。其中用Lp,Ls分别表示无线传能的发送和接收线圈，用字母M表示耦合系数与线圈之间的距离有关。用字母RL表示接收端的负载等效电阻。为了提高无线传能的传输距离，通常需要保证在收发送端在谐振状态，因为在谐振状态时,RLC电路能产生很高的电压ULP.ULP电压值的高低与线圈Q值和工作频率相关。并且在谐振状态时有高的电压在线圈Lp上产生，同时大的电流流过LP发送线圈，在收发端相同工作频率条件下，接收端Ls能感应到更高的电压或者电流，现有的频率跟踪控制技术主要检测发送端是否在谐振状态下。在传能过程中，由于负载RL或者距离M的改变，会导致发送端谐振参数的改变。由于变换器受到外部的影响谐振器的参数变化会导致发送线圈LP上的电压降低从而影响传能效率。

针对上述技术问题，为了提高传能效率，常规技术的做法是：

方案一：为了检测发射系统是否在谐振状态通常需要检测发送端的电压和电流相位差，通过锁定相位差来调节谐振频率。

该方法检测发送回路的电流和电压相位差，通过控制器调整谐振频率保证发送端的电压电流相位差为0度。这种方法需要采集初级的电压，和电流相位。并且还要进行相位比较计算出相位差。采集电流存在相位补偿问题，相位采集硬件成本增加，即使是在谐振频率工作点，线圈上的电压也不是最大值，产生的磁场强度也不是最强。。

方案二：检测接收端的电压，控制谐振频率。

通过检测接收端的电压来调节变换器的工作频率，这种方案仍旧存在一些问题，比如为了调整发送端的谐振频率，需要在无线传能接收和发送端之间建立一条额外的反馈信息通道。如果用有线来传输收发端的信号就失去了无线传能的意义，如果用无线来连接都会导致系统控制的复杂度和硬件成本增加。

方案三：检测发送回路的短路电流值，零电压相位检测法控制谐振频率。

这种方案中，通过对变换器短路主动的检测零相位点来控制谐振频率。其存在的问题是需要采集两个电流相位进行计算。硬件成本高不适用。只能用于小功率无线传能设备。在大功率使用时采用此方法可能导致功率器件的损坏。

综上所述，现有频率控制技术主要是保证发送端在谐振状态，从而在初级线圈产生高压大电流。为了检测谐振状态主要采用检测发送端电流与电压的相位。该类技术是为了保证谐振而采取的控制措施，需要采集大量的数据信号，传感器数量的增加会导致产品的市场竞争力下降。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明公开一种无线传能频率跟踪检测电路及实现方法，能够通过改变无线传能发送端的频率来提高传输效率和距离的方法，包括检测方法和检测原理，以及工作频率控制方法共计三部分，大大提高了频率控制精度，减少了传感器数量，使产品的成本降低。

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种无线传能频率跟踪检测电路，包括线圈电压采集和放大，其中所述跟踪电路还包括：