[发明专利]一种可重构电流型无线电能传输系统的优化方法

说明书

本发明公开了一种可重构电流型无线电能传输系统的优化方法；可重构电流型系统也会面临当工作在电压谐振式时，由于不同负载的差异使得系统传递至不同负载的能量以及能量传输效率PTE并不能保持最优的问题。本发明的过程如下：步骤一、建立系统最优负载阻抗表达式和对应的最大传输效率的表达式。步骤二、阻抗匹配网络参数设计。本发明在可重构电流型无线电能传输系统中引入L型阻抗匹配网络，使得可重构电流型无线电能传输系统能够工作在最大传输功率附近。本发明基于可重构电流型无线电能传输系统，通过结合阻抗匹配网络，使得系统以电压模式工作时只需要调整阻抗匹配网络的元器件参数，就能在不同负载条件下均实现最大功率传输。

技术领域

本发明属于无线可充电传感器网络能量供应技术领域，具体涉及一种可重构电流型无 线电能传输系统的带阻抗匹配优化方法

背景技术

因为电压谐振式系统和电流谐振式系统分别适用在耦合距离或负载值较小和较大，即 接收端电压较大和较小的场景。而在植入式医疗、传感器、无线射频识别和无线充电设备 等的应用背景下，都会面临由于线圈的耦合条件(包括相对距离和相对方向等)、电路谐 振状态或者负载的改变导致的接收端接收功率变化的问题。而可重构电流型系统基于对接 收端电压幅值的检测，使得系统在接收端电压较大时工作在电压谐振式，接收端电压较小 时工作在电流谐振式，分别使系统获得更高的能量传输效率(Power TransferEfficiency， PTE)和电压转换效率(Voltage Conversion Efficiency，VCE)，同时拓展了系统的传输距 离和负载范围，使得系统可以应用在传输距离和负载变化较大的场景。

但可重构电流型系统也会面临当工作在电压谐振式时，由于不同负载的差异使得系统 传递至不同负载的能量(Power Deliveredto Load，PDL)以及能量传输效率PTE并不能保 持最优的问题，甚至PDL和PTE都为一个极小值，因而并不能满足负载所需系统提供的能量。而为了解决这一问题，本文提出了基于可重构电流型系统工作在电压谐振式时与阻抗匹配技术相结合的技术方案和电路结构，使得在系统以电压谐振式运行时，在任意负载下均能使得系统输出最大功率，保证最大功率传输效率，并且同时不会影响系统以电流谐振式运行时的性能。

发明内容

本发明提供一种可重构电流型磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率优化方法。

本发明一种可重构电流型无线电能传输系统的优化方法的优化对象是可重构电流型无 线电能传输系统，其包括发送端和接收端。所述的接收端包括接收线圈L2、匹配电感Ls、 匹配电容Cp、开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4和电容C2。所述接收线 圈L2的一端通过开关管M4连接到负载RL的第一输入端，通过串联的匹配电感Ls和开 关管M3连接到负载RL的第一输入端；接收线圈L2的另一端连接到负载RL的第二输入 端。串联的匹配电容Cp、开关管M1并联在接收线圈L2、匹配电感Ls的两端或并联在接 收线圈L2的两端。串联的匹配电容C2、开关管M2并联在接收线圈L2的两端。

该带阻抗匹配的可重构电流型无线电能传输系统的优化方法具体如下：

步骤一、建立系统最优负载阻抗Z_eqr,opt表达式和对应的最大传输效率η_max表达式分别如 式(4)、式(5)所示：

其中，Q₁为发送线圈的品质因数；Q₂为接收线圈的品质因数；R_eqr,opt为系统最优负载 值；Re(·)表示提取复数的实部；Im(·)表示提取复数的虚部；j为虚数单位。

步骤二、阻抗匹配网络参数设计。