一种能实现稳定电压输出的MCR‑WPT电路及其控制方法技术

一种能实现稳定电压输出的MCR‑WPT电路及其控制方法，包括：电源侧电路、发射端电路、谐振匹配接收端电路、负载侧电路、电压负反馈控制电路。电源侧电路连接发射端电路，发射端电路的谐振电感与谐振匹配接收端电路的谐振电感之间构成谐振腔，谐振匹配接收端电路连接负载侧电路，谐振匹配接收端电路、负载侧电路连接电压负反馈控制电路。本发明专利技术提供一种能实现稳定电压输出的MCR‑WPT电路及其控制方法，使得输出功率在传输距离变化的情况下能够保持稳定，解决了现有无线电能传输技术输出电压随距离变化而快速变化的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路及其控制方法
本专利技术一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路及其控制方法，涉及无线电能传输

技术介绍
无线电能传输（WirelessPowerTransfer,WPT）技术又称为非接触式无线电能传输技术，应用最为广泛的是基于磁耦合的无线电能传输技术。基于磁耦合的无线电能传输技术根据磁耦合的方式又分为：磁耦合感应式无线电能传输技术（Magnetically-CoupledInductiveWirelessPowerTransfer,MCI-WPT）和磁耦合谐振式无线电能传输技术（Magnetically-CoupledResonantWirelessPowerTransfer,MCR-WPT），其中MCI-WPT技术较为成熟且传输效率高、功率大；但致命弱点是传输距离短，在厘米级别距离内才具有较高的传输效率。MCR-WPT技术自2007年与麻省理工学院被发现以来，就因其传输距离较远的优势而备受人们关注和研究工作者的青睐。无论是MCI-WPT技术还是MCR-WPT技术都存在一个缺点，传输效率会随着传输距离的改变而波动，这样就造成了输出功率不稳定，因此现有的WPT技术在很多对功率稳定性要求较高的场合并不适用。
技术实现思路
本专利技术提供一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路及其控制方法，使得输出功率在传输距离变化的情况下能够保持稳定，解决了现有无线电能传输技术输出电压随距离变化而快速变化的缺点。本专利技术采取的技术方案为：一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，包括：电源侧电路、发射端电路、谐振匹配接收端电路、负载侧电路、电压负反馈控制电路；电源侧电路连接发射端电路，发射端电路的谐振电感与谐振匹配接收端电路的谐振电感之间构成谐振腔，谐振匹配接收端电路连接负载侧电路，谐振匹配接收端电路、负载侧电路连接电压负反馈控制电路。所述电源侧电路包括交流电源AC、第一二极管全桥整流电路、滤波电容C1、高频逆变电路、激励线圈L1；交流电源AC连接第一二极管全桥整流电路，第一二极管全桥整流电路通过滤波电容C1连接高频逆变电路，高频逆变电路的桥臂连接激励线圈L1两端。所述发射端电路包括谐振电感Lr1、谐振电容Cr1，谐振电感Lr1一端连接谐振电容Cr1一端，谐振电感Lr1另一端连接谐振电容Cr1另一端。所述谐振匹配接收端电路包括谐振电感Lr2、谐振电容Cr2、两个IGBT及与之反向并联的两个二极管；IGBT管VT5的发射极连接二极管VD5阳极，二极管VD5阴极连接IGBT管VT5的集电极，IGBT管VT5的集电极连接IGBT管VT6的集电极，IGBT管VT5的发射极连接谐振电容Cr2一端，谐振电容Cr2另一端连接IGBT管VT6的发射极，谐振电感Lr2并联在谐振电容Cr2两端。所述谐振腔是发射端电路的谐振电感Lr1、谐振匹配接收端电路的谐振电感Lr2之间的空间区域。所述负载侧电路包括负载线圈L2、第二二极管全桥整流电路、滤波电容C2、负载R；负载线圈L2的两端连接第二二极管全桥整流电路桥臂，第二二极管全桥整流电路通过滤波电容C2连接负载R。所述电压负反馈控制电路包括两个减法器、两个PID控制器和PWM信号发生器；PWM信号发生器一端连接IGBT管VT5的栅极、IGBT管VT6的栅极；PWM信号发生器另一端连接第一PID控制器一端，第一PID控制器另一端连接第一减法器一端，第一减法器另一端连接第二PID控制器一端，第二PID控制器另一端连接第二减法器一端。所述激励线圈L1与发射端电路中的谐振电感Lr1非直接接触，谐振匹配接收端电路的谐振电感Lr2与负载线圈L2也非直接接触，通过电磁直接感应耦合的方式实现电能传递。所述发射端电路中的谐振电感Lr1和谐振匹配接收端电路的谐振电感Lr2距离间隔较远。本专利技术一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路及其控制方法，优点在于：（1）：当传输距离在一定范围内变化时，本专利技术始终能维持输出电压的稳定，解决了现有无线电能传输技术输出电压随距离变化而快速变化的这一缺点。（2）：本专利技术大大提高了无线电能传输技术的实际应用价值，许多对电压精度要求较高的用电设备，采用现有的无线充电技术显然不能满足需求，但本专利技术可以对其进行稳定、安全地无线充电；（3）：本专利技术在使用过程中非常便捷。现有的无线电能传输装置在使用过程中需要严格控制发射端线圈和接收端线圈的距离，故通常都是将接收线圈固定在一个点；而本专利技术在使用上非常灵活便捷，可在一定范围内随意改变两线圈的相对位置。（4）：本专利技术通过改变接收端谐振电容值、以改变接收端和发射端谐振匹配程度，从而实现稳定输出电压。附图说明图1为本专利技术的主电路及其控制电路图。图2为本专利技术的控制算法流程图。具体实施方式如图1所示，一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，包括：电源侧电路、发射端电路、谐振匹配接收端电路、负载侧电路、电压负反馈控制电路。电源侧电路连接发射端电路，发射端电路的谐振电感与谐振匹配接收端电路的谐振电感之间构成谐振腔，谐振匹配接收端电路连接负载侧电路，谐振匹配接收端电路、负载侧电路连接电压负反馈控制电路。所述电源侧电路包括交流电源AC、第一二极管全桥整流电路、滤波电容C1、高频逆变电路、激励线圈L1；交流电源AC连接第一二极管全桥整流电路，第一二极管全桥整流电路通过滤波电容C1连接高频逆变电路，高频逆变电路的桥臂连接激励线圈L1两端。所述发射端电路包括谐振电感Lr1、谐振电容Cr1，谐振电感Lr1一端连接谐振电容Cr1一端，谐振电感Lr1另一端连接谐振电容Cr1另一端。所述谐振匹配接收端电路包括谐振电感Lr2、谐振电容Cr2、两个IGBT及与之反向并联的两个二极管；IGBT管VT5的发射极连接二极管VD5阳极，二极管VD5阴极连接IGBT管VT5的集电极，IGBT管VT5的集电极连接IGBT管VT6的集电极，IGBT管VT5的发射极连接谐振电容Cr2一端，谐振电容Cr2另一端连接IGBT管VT6的发射极，谐振电感Lr2并联在谐振电容Cr2两端。所述谐振腔是发射端电路的谐振电感Lr1、谐振匹配接收端电路的谐振电感Lr2之间的空间区域。所述负载侧电路包括负载线圈L2、第二二极管全桥整流电路、滤波电容C2、负载R；负载线圈L2的两端连接第二二极管全桥整流电路桥臂，第二二极管全桥整流电路通过滤波电容C2连接负载R。所述电压负反馈控制电路包括两个减法器、两个PID控制器和PWM信号发生器；PWM信号发生器一端连接IGBT管VT5的栅极、IGBT管VT6的栅极；PWM信号发生器另一端连接第一PID控制器一端，第一PID控制器另一端连接第一减法器一端，第一减法器另一端连接第二PID控制器一端，第二PID控制器另一端连接第二减法器一端。该电路的输出电压随传输距离变化时能够保持稳定的控制方法如图2所示。工作原理：电能传输的原理：1、交流电源AC经过第一二极管全桥整流电路整流、和滤波电容C1滤波后，变为稳定的直流电压，直流电压经过高频逆变电路后变为高频交流电压，并通过直接电磁直接感应耦合的方式，将电能从激励线圈传递到发射端，发射端与接收端通过电磁谐振耦合的方式，实现电能较远距离的传输；接收端和负载侧通过电磁直接感应耦合的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能实现稳定电压输出的MCR‑WPT电路，其特征在于包括：电源侧电路、发射端电路、谐振匹配接收端电路、负载侧电路、电压负反馈控制电路；电源侧电路连接发射端电路，发射端电路的谐振电感与谐振匹配接收端电路的谐振电感之间构成谐振腔，谐振匹配接收端电路连接负载侧电路，谐振匹配接收端电路、负载侧电路连接电压负反馈控制电路。

【技术特征摘要】
1.一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，其特征在于包括：电源侧电路、发射端电路、谐振匹配接收端电路、负载侧电路、电压负反馈控制电路；电源侧电路连接发射端电路，发射端电路的谐振电感与谐振匹配接收端电路的谐振电感之间构成谐振腔，谐振匹配接收端电路连接负载侧电路，谐振匹配接收端电路、负载侧电路连接电压负反馈控制电路。2.根据权利要求1所述一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，其特征在于：所述电源侧电路包括交流电源AC、第一二极管全桥整流电路、滤波电容C1、高频逆变电路、激励线圈L1；交流电源AC连接第一二极管全桥整流电路，第一二极管全桥整流电路通过滤波电容C1连接高频逆变电路，高频逆变电路的桥臂连接激励线圈L1两端。3.根据权利要求1所述一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，其特征在于：所述发射端电路包括谐振电感Lr1、谐振电容Cr1，谐振电感Lr1一端连接谐振电容Cr1一端，谐振电感Lr1另一端连接谐振电容Cr1另一端。4.根据权利要求1所述一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，其特征在于：所述谐振匹配接收端电路包括谐振电感Lr2、谐振电容Cr2、两个IGBT及与之反向并联的两个二极管；IGBT管VT5的发射极连接二极管VD5阳极，二极管VD5阴极连接IGBT管VT5的集电极，IGBT管VT5的集电极连接IGBT管VT6的集电极，IGBT管VT5的发射极连接谐振电容Cr2一端，谐振电容Cr2另一端连接IGBT管VT6的发射极，谐振电感Lr2并联在谐振电容Cr2两端。5.根据权利要求1所述一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，其特征在于：所述谐振腔是发射端电路的谐振电感Lr1、谐振匹配接收端电路的谐振电感Lr2之间的空间区域。6.根据权利要求1所述一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，其特征在于：所述负载侧电路包括负载线圈L2、第二二极管全桥整流电路、滤波电容C2、负载R；负载线圈L2的两端连接第二二极管全桥整流电路桥臂，第二二极管全桥整流电路通过滤波电容C2连接负载R。7.根据权利要求1所述一种能实现稳定电压输出的MCR-WPT电路，其特征在于：所述电压负反馈控制电路包括两个减法器、两个PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏业文，李应智，孙晶，曹斌，戴帅龙，程江洲，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42