[发明专利]一种基于动态阻抗匹配耦合网络无线充电系统的充电方法

权利要求书

1.一种基于动态阻抗匹配耦合网络无线充电系统的充电方法，所述动态阻抗匹配耦合网络无线充电系统包括：阻抗匹配网络、检测模块、MCU控制器、中间耦合网络；

所述阻抗匹配网络由第一多路电容支路模块、多路电感支路模块、第二多路电容支路模块、谐振线圈、第一开关、第二开关构成；

所述第一多路电容支路模块由多个第一多路电容并联构成；

所述多路电感支路模块由多个并联电感并联构成；

所述第二多路电容支路模块由多个第二多路电容并联构成；

所述中间耦合网络，包括由多个供于选择的MOSFET管和分别并联的二极管所形成的逆变器、接收线圈、调谐电容、发射线圈、第一Mosfest管、第二Mosfest管；

所述检测模块由电流互感器、电压互感器构成；

所述电流互感器用于测量输入电流I_in，输出电流I_out；

所述电压互感器用于测量输入电压U_in，输出电压U_out；

所述发射线圈的输入阻抗

所述发射线圈的负载阻抗

所述充电方法包括如下步骤：

步骤S1，所述检测模块中通过其中的电流互感器和电压互感器检测得到输入电压U_in和输入电流I_in的模值|U_in|和|I_in|以及相位∠U_in和∠I_in并将数据传输至MCU控制器3；

步骤S2，所述MCU控制器利用其ADC模数转换功能进行信号的采集，得到输入电压和输入电流并得出发射线圈的输入阻抗使阻抗匹配网络的等效阻抗与输入阻抗共轭匹配，即Z_S^*＝Z_in+Z_eq，并在外围电路中mos管驱动带动继电器，并连接上拉电阻，通过MCU的IO口高低电平控制继电器的投切；

步骤S3，若所测得的输入阻抗R_in＞R_S，则采用以相应的第一多路电容支路模块中对应的第一多路电容、相应的第二多路电容支路模块中对应的第二多路电容与多路电感支路模块中对应的电感所组成L型阻抗匹配支路第一开关置于右端，并连接于谐振线圈；若所测得的输入阻抗R_in＜R_S，则采用以相应的第一多路电容支路模块中对应的第一多路电容、相应的第二电容与多路电感支路模块中对应的电感L2所组成的反L型阻抗匹配支路即第一开关置于左端，并连接于谐振线圈；

步骤S4，元器件值的近似；若为L型阻抗匹配支路即第一开关置于右端，串联部分等效阻抗就表示为MCU计算所有可能的值并与所期望的X值做比较，V＝(X_N-X)²,当有一个N值使得V的值最小，继电器a_N将会关闭，选择到合适的参数值；

若无法达到所需X值仍需要并联部分，则根据相同的步骤，第二多路电容支路中将会选择c_M继电器关闭；若为反L型阻抗匹配电路即第一开关置于左端，其分析过程同上；

步骤S4，所述谐振线圈从输入电路中获取交流电，并在空间中形成交变的电磁场，将能量传给中间耦合网络；

步骤S5，所述检测模块通过电压互感器检测发射线圈两端的电压U_out，通过电流互感器检测通过发射线圈的电流幅值I_out，并把信号传递给MCU控制器，再通过MCU控制器中的ADC模数转换后求出U_L与I_L之比的增减来判断负载有无；

步骤S6，所述MCU控制器控制第一Mosfest管、第二Mosfest管的栅极电位来控制开关，高电位时电流不通过发射线圈，即无磁场向外发散；低电位时电流通过发射线圈，即产生磁场；在有负载时给第一Mosfest管、第二Mosfest管以低电位，无负载时给第一Mosfest管、第二Mosfest管以高电位；

每间隔预设时间而重复执行步骤S1至步骤S6。

2.根据权利要求1所述的基于动态阻抗匹配耦合网络无线充电系统的充电方法，其特征在于，所述MCU控制器分别与所述的检测模块与阻抗匹配网络依次连接；所述MCU控制器用于对检测模块测量的输入电流I_in和输入电压U_in进行运算得到输入阻抗Z_in，在满足所述发射线圈的输入阻抗与输入电路的内阻抗Z_S共轭匹配的条件下，运算得出所述发射线圈所需的阻抗匹配参数，并将所述阻抗匹配网络中与所述发射线圈所需的阻抗匹配参数分别将相对应的第一多路电容支路模块中对应的第一多路电容、多路电感支路模块中对应的电感、第二多路电容支路模块中对应的第二多路电容连接于所述谐振线圈；所述MCU控制器用于对检测模块测量的MOSFET管进行控制，在有负载时给MOSFET管低电平使发射线圈有交变电流通过从而产生磁场给负载充电，在没有负载的时候给MOSFET管高电平使发射线圈短路从而不产生磁场；

在原边线圈一侧加上阻抗匹配网络，以实现传输效率的提升，在原边线圈和副边线圈中间加上中间耦合电路，以实现人和物体与磁场的不必要接触，避免电磁辐射对人体带来的损害。