基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法，涉及无线电能传输方法领域；发射部分包括：电流采集模块、直流电源、分压电容一、分压电容二、MCU控制模块一、高频逆变器、补偿电容、初级线圈一和初级线圈二；接收部分包括：次级线圈、次级补偿电容、整流滤波电路、Buck‑Boost电路、电压采集模块、MCU控制模块二和负载；无线电能传输控制方法包括MCU控制模块二对输出电压的控制过程和MCU控制模块一对输入电流的控制过程，具体为：通过MCU控制模块二改变Buck‑Boost电路的占空比使得输出电压始终等于参考电压；MCU控制模块一改变逆变器相位角使得输入电流一直处于最小值。本发明专利技术解决了线圈水平偏移条件下无线电能传输系统效率过低的问题。

High Efficiency Power Transmission Method Based on Inductive Radio Power Transmission System

The invention provides an efficient power transmission method based on an inductive radio power transmission system, which relates to the field of radio power transmission method; the transmitting part includes: current acquisition module, DC power supply, voltage dividing capacitor, voltage dividing capacitor, MCU control module, high frequency inverter, compensation capacitor, primary coil and primary coil; the receiving part includes: secondary coil. Secondary compensation capacitor, rectifier filter circuit, Buck Boost circuit, voltage acquisition module, MCU control module and load; Radio power transmission control method includes MCU control module two pairs of output voltage control process and MCU control module one pair of input current control process, specifically: through MCU control module two changes the duty cycle of Buck Boost circuit to make the output voltage start. Finally equal to the reference voltage; MCU control module changes the phase angle of the inverter to keep the input current at a minimum. The invention solves the problem of low efficiency of radio power transmission system under the condition of coil horizontal offset.

【技术实现步骤摘要】
基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法
本专利技术涉及无线电能传输方法领域，尤其涉及一种基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法。
技术介绍
感应式无线电能能传输技术通过磁场以非接触的方式向电器进行灵活、安全供电，可以有效解决有线充电存在的接触不良，摩擦损耗以及接口限制等问题，受到了广泛的关注。该技术已经大量运用于电动汽车等大功率电气设备和智能手机等小功率电子设备中，具有巨大的发展前景。现有的无线充电系统的主要构成及工作过程为：工频交流电经过整流成为直流，经过逆变器后直流电逆变成高频交流电，高频交变电流注入初级线圈，产生高频交变磁场；次级线圈在初级线圈产生的高频磁场中感应出感应电动势，该感应电动势通过高频整流后向负载提供电能。在电气设备处于充电过程中，初级线圈和次级线圈的水平偏移距离发生变化，造成互感的降低，进而影响了充电系统恒流恒压特性。为解决该问题，通常的方法主要是通过改变线圈结构使得初级线圈和次级线圈在偏移过程中互感保持恒定，但该方法线圈结构复杂且效率过低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为解决现有的应对线圈水平偏移的无线电能传输方法线圈结构复杂且效率过低的问题，本专利技术提供一种基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法。本专利技术的技术方案如下:基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法，所述感应式无线电能传输系统包括发射部分和接收部分。发射部分包括：电流采集模块，直流电源、分压电容一、分压电容二、MCU控制模块一、高频逆变器、补偿电容、初级线圈一和初级线圈二；分压电容一和分压电容二分别并联于直流电源的两端，高频逆变器由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4组成，驱动信号相反的第一开关管Q1和第二开关管Q2组成第一桥臂，驱动信号相反的第三开关管Q3和第四开关管Q4组成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂之间相位差为θ；电流采集模块用于采集发射端电流并传输到MCU控制模块一；MCU控制模块一用于控制高频逆变器的相位角θ从而控制输入端电流；初级线圈一的一端和初级线圈二的一端共同连接至分压电容一和分压电容二的连线中点处，初级线圈一的另一端连接到第一开关管Q1和第二开关管Q2之间，初级线圈二的另一端连接到第三开关管Q3和第四开关管Q4之间。接收部分包括：依次连接的次级线圈、次级补偿电容、整流滤波电路、Buck-Boost电路、电压采集模块、MCU控制模块二和负载；电压采集模块用于采集负载两端的电压并传输到MCU控制模块二，MCU控制模块二用于根据输出电压控制BUCK-BOOST电路的占空比。无线电能传输方法包括MCU控制模块二对输出电压的控制过程和MCU控制模块一对输入电流的控制过程。MCU控制模块二对占空比的控制过程为：通过输出给Buck-Boost电路的占空比使得输出电压始终等于参考电压。MCU控制模块一对输入电流的控制过程为：控制输入电流一直处于最小值。具体地，MCU控制模块二对占空比的控制过程具体包括：S11：初始化n＝0，Dn＝1％，其中n表示时刻，Dn为n时刻的占空比；S12：采集输出电压Uout；S13：令n＝n+1，Dn＝Dn-1+1％；S14：采集此时的输出电压Uout，如果Uout-Uref<1，则输出Dn为当前工作占空比，其中Uref为提前在MCU控制模块二中设置好的基准电压；否则，则返回S12。具体地，MCU控制模块一对输入电流的控制过程具体包括：S21：初始化m＝0，其中m表示时刻；S22：采集此时的输入电流Iin；S23：令m＝m+1,θ＝θm；S24：采集m时刻的Iin(m)，如果Iin(m)<Iin(m-1)，则返回S22；否则，输出当前的θ。采用上述方案后，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术不需要计算系统的具体效率，只需要找到发射端电流最小值即可，发射端电流最小值对应效率最大点，因为输出电压恒定，所以输出功率恒定，本专利技术可以提高无线电能能传输系统抗偏移能力，相比于其他结构，该专利技术不仅可以维持输出电压的恒定，而且可以保证初级线圈和次级线圈在偏移情况下的高效率输出。(2)在发送线圈和接收线圈偏移的条件下，实现了原边逆变器MOSFET的软开关，提升效率的同时，增加了MOSFET使用寿命。(3)本专利技术中的系统无需次级电路和初级电路进行通信，采用两个闭环控制，降低了系统成本，简化了电路结构；其控制策略简单、方便、可靠。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术的电路拓扑结构图；图2为本专利技术的耦合机构的线圈结构图；图3为本专利技术的驱动信号波形图；图4为本专利技术的感应式无线传输系统的软开关特性分析图；图5为本专利技术的部分结构等效电路图；图6为本专利技术系统在不同偏移情况下效率η随θ变化的曲线图；图7为电压不变的情况下输入电流、效率η与相位角θ的关系图；图8为本专利技术MCU控制模块二的控制过程流程图；图9为本专利技术MCU控制模块一的控制过程流程图；图10为本专利技术实施例中偏移40mm情况下输入电流和效率随发射端移相角变化的关系图；图11为本专利技术的方法与传统方法效率与线圈偏移距离的效果对比图；图中标记：1-第一桥臂，2-第二桥臂，3-耦合机构，4-整流滤波电路，5-Buck-Boost电路，6-电流采集模块，7-MCU控制模块一，8-MCU控制模块二，9-电压采集模块。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，为本专利技术的全桥双谐振槽电路拓扑结构图。包括发射部分和接收部分，发射部分包括：直流电源Vg、分压电容一Cs1、分压电容二Cs2、MCU控制模块一7、电流采集模块6、高频逆变器、补偿电容一Ct1、补偿电容二Ct2、初级线圈一N1和初级线圈二N2。本实施例中，电流采集模块6为电流传感器。分压电容一Cs1和分压电容二Cs2分别并联于直流电源Vg的两端，高频逆变器由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4组成，驱动信号相反的第一开关管Q1和第二开关管Q2组成第一桥臂1，驱动信号相反的第三开关管Q3和第四开关管Q4组成第二桥臂2，第一桥臂1和第二桥臂2之间相位差为θ。uQ1、uQ2、uQ3和uQ4分别为第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的驱动信号。电流采集模块6用于采集直流电源Vg两端的电流与电压并传输到MCU控制模块一；MCU控制模块一7用于控制高频逆变器的相位角θ从而控制输入端电流。初级线圈一N1的一端和初级线圈二N2的一端共同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法，所述感应式无线电能传输系统包括发射部分和接收部分，其特征在于，发射部分包括：电流采集模块(6)、直流电源、分压电容一、分压电容二、MCU控制模块一(7)、高频逆变器、补偿电容、初级线圈一和初级线圈二；分压电容一和分压电容二分别并联于直流电源的两端，高频逆变器由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4组成，驱动信号相反的第一开关管Q1和第二开关管Q2组成第一桥臂(1)，驱动信号相反的第三开关管Q3和第四开关管Q4组成第二桥臂(2)，第一桥臂(1)和第二桥臂(2)之间相位差为θ；电流采集模块(6)用于采集发射端电流并传输到MCU控制模块一(7)；MCU控制模块一(7)用于控制高频逆变器的相位角θ从而控制输入端电流；初级线圈一的一端和初级线圈二的一端共同连接至分压电容一和分压电容二的连线中点处，初级线圈一的另一端连接到第一开关管Q1和第二开关管Q2之间，初级线圈二的另一端连接到第三开关管Q3和第四开关管Q4之间；接收部分包括：依次连接的次级线圈、次级补偿电容、整流滤波电路(4)、Buck‑Boost电路(5)、电压采集模块(9)、MCU控制模块二(8)和负载；电压采集模块(9)用于采集负载两端的电压并传输到MCU控制模块二(8)，MCU控制模块二(8)用于根据输出电压控制Buck‑Boost电路(5)的占空比；无线电能传输方法包括MCU控制模块二(8)对输出电压的控制过程和MCU控制模块一(7)对输入电流的控制过程；MCU控制模块二(8)对占空比的控制过程为：通过输出给Buck‑Boost电路(5)的占空比使得输出电压始终等于参考电压；MCU控制模块一(7)对输入电流的控制过程为：控制输入电流一直处于最小值。...

【技术特征摘要】
1.基于感应式无线电能传输系统的高效率电能传输方法，所述感应式无线电能传输系统包括发射部分和接收部分，其特征在于，发射部分包括：电流采集模块(6)、直流电源、分压电容一、分压电容二、MCU控制模块一(7)、高频逆变器、补偿电容、初级线圈一和初级线圈二；分压电容一和分压电容二分别并联于直流电源的两端，高频逆变器由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4组成，驱动信号相反的第一开关管Q1和第二开关管Q2组成第一桥臂(1)，驱动信号相反的第三开关管Q3和第四开关管Q4组成第二桥臂(2)，第一桥臂(1)和第二桥臂(2)之间相位差为θ；电流采集模块(6)用于采集发射端电流并传输到MCU控制模块一(7)；MCU控制模块一(7)用于控制高频逆变器的相位角θ从而控制输入端电流；初级线圈一的一端和初级线圈二的一端共同连接至分压电容一和分压电容二的连线中点处，初级线圈一的另一端连接到第一开关管Q1和第二开关管Q2之间，初级线圈二的另一端连接到第三开关管Q3和第四开关管Q4之间；接收部分包括：依次连接的次级线圈、次级补偿电容、整流滤波电路(4)、Buck-Boost电路(5)、电压采集模块(9)、MCU控制模块二(8)和负载；电压采集模块(9)用于采集负载两端的电压并传输到MCU控制模块二(8)，MCU控制模块二(8)用于根据输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦瑞坤，颜兆田，何正友，李砚玲，刘顺攀，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51