[发明专利]无线电能传输系统及其移相键控通信前馈补偿方法

说明书

无线电能传输系统及其移相键控通信前馈补偿方法，包括直流电源、逆变器、发射侧LC谐振单元、接收侧LC谐振单元、整流器、负载、发射侧通信及控制电路和接收侧通信及控制电路，二者的通信及控制电路分别在两个FPGA板上实现；直流电源通过逆变器连接发射侧LC谐振单元；接收侧LC谐振单元通过整流器连接负载；负载的输出电压经PI控制器连接接收侧脉冲密度控制器，发射侧PDM控制器连接逆变器，接收侧脉冲密度调制器连接整流器。前馈模块的位置在脉冲密度调制器的上一级，其作用为仅改变脉冲密度调制器的输入信号，通过提高接收侧的脉冲密度来弥补相位改变引起的输出电压波动。在不影响接收侧频率调制器的正常工作的基础上，为用户侧提供更加稳定的电压。

技术领域

本发明涉及近场无线电力传输技术领域，特别涉及无线电能传输系统及其移相键控通信前馈补偿方法。

背景技术

无线电力传输技术可分为远场与近场两大类。其中近场磁耦合谐振式无线电力传输技术实现了距离与效率的最佳平衡，因而被用于电动汽车、手机、植入式医疗等设备的无线充电与供电。在这些应用中，对无线电力传输系统有以下几个需求：

(1)有效的通信手段。无线电力传输系统的闭环控制需要功率发送器和功率接收器之间的通信链接以进行双边合作，因此需要使用近场通信的方法使系统稳定运行。

(2)稳定的输出电压。无线电力传输系统一般情况下作为一种电源用于设备充电，因此接收侧需要提供稳定的输出电压。

在实际工作过程中，无线电能传输系统的传输距离由用户侧决定，负载阻抗会随着充电时间的变化而变化，系统的工作点将与预定的工作点有所差别，因此需要通过近场通信对系统进行有效的控制。然而目前的控制方法往往只针对发射侧与接收侧之间的通信合作，而忽视了输出电压的稳定。尚未有将上述需求同时满足的控制方法论述。

发明内容

本发明的目的是提供无线电能传输系统及其移相键控通信前馈补偿方法，以解决无线电能传输系统的移相键控通信导致的输出电压波动的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

无线电能传输系统，包括直流电源、逆变器、发射侧LC谐振单元、接收侧LC谐振单元、整流器、负载、发射侧通信及控制电路和接收侧通信及控制电路，二者的通信及控制电路分别在两个FPGA板上实现；直流电源通过逆变器连接发射侧LC谐振单元；接收侧LC谐振单元通过整流器连接负载；负载的输出电压经PI控制器连接接收侧脉冲密度控制器，发射侧PDM控制器连接逆变器，接收侧脉冲密度调制器连接整流器。

进一步的，发射侧通信及控制电路包括脉冲信号、PDM控制器、频率解调器、鉴相器和锁相环；脉冲信号输入到PDM控制器，锁相环、鉴相器和频率调节器依次连接，频率调节器连接到PDM控制器，PDM控制器连接逆变器。

进一步的，锁相环连接到发射侧LC谐振单元。

进一步的，接收侧通信及控制电路包括PI调节器、前馈控制器、PDM控制器、频率调制器、移相器和锁相环；PI调节器通过前馈控制器连接到PDM控制器，频率调制器通过移相器连接到PDM控制器，锁相环连接移相器。

进一步的，负载通过模数转换器和PI调节器连接，锁相环连接到接收侧LC谐振单元。

进一步的，提取的发射侧LC谐振单元的电流和发射侧锁相环之间，以及提取的接收侧LC谐振单元的电流和接收侧锁相环之间均连接有过零比较器。

进一步的，发射侧LC谐振单元和接收侧LC谐振单元均包括自感线圈、等效串联电阻和谐振电容；谐振电容、自感线圈和等效串联电阻依次串联。

进一步的，无线电能传输系统的移相键控通信前馈补偿方法，包括以下步骤：