一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统。该系统包括最大电流选取模块和多个并联的无线电能传输通道，每个所述无线电能传输通道包括控制模块和无线电能传输模块，所有所述无线电能传输模块的输出端接同一负载；所述最大电流选取模块用于确定所有所述无线电能传输模块的接收回路的电流最大值，每个所述控制模块用于根据自身对应的无线电能传输模块的接收回路电流、负载端电压和所述电流最大值输出控制信号，使得所有所述无线电能传输模块的输出功率均衡和负载端电压恒定。本发明专利技术的多通道无线电能传输系统在实现多通道功率均衡的前提下，还实现了负载端输出电压的稳定。压的稳定。压的稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，更具体地，涉及一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统。

技术介绍

[0002]近年来，无线电能传输技术因其独特的传输优势成为当下国内外研究的热点课题，磁耦合谐振式无线电能传输技术以其在近场区传输的自身优势成为当前最为热门的无线电能传输方式之一。磁耦合谐振式无线电能传输技术传输距离可以从十几厘米到几米，传输功率可以从几十瓦到几千瓦，最大传输效率可超过90％，从各个方面都具有比较明显的优势，因此成为当下无线电能传输领域最为热门的研究方向。利用磁耦合谐振式无线电能传输进行无线电能传输可以有效地解决传统供电方式的多种缺陷，使用电设备摆脱电缆束缚成为了可能，为人们的生活带来了极大的便利。磁耦合谐振式无线电能传输技术的进一步发展将使人类在电能应用方面有更大的灵活性和多样性。
[0003]多个通道的无线电能传输系统能够实现更大功率的传输。无线电能传输的用途越来越广泛，技术也越来越完善，但当其涉及到多个通道的无线电能传输设备并联运行时还是会出现诸多问题，最主要的问题就是各个通道因为元器件本身的问题导致各个参数之间的差异无法避免。而通道参数的差异，除了影响总的输出功率，还会导致各通道输出功率的不同。严重时，功率可能集中于某几个或某个通道，从而影响系统的整体寿命。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统，在实现多通道功率均衡的前提下，还实现了负载端输出电压的稳定。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统，包括最大电流选取模块和多个并联的无线电能传输通道，每个所述无线电能传输通道包括控制模块和无线电能传输模块，所有所述无线电能传输模块的输出端接同一负载；
[0006]所述最大电流选取模块用于确定所有所述无线电能传输模块的接收回路的电流最大值，每个所述控制模块用于根据自身对应的无线电能传输模块的接收回路电流、负载端电压和所述电流最大值输出控制信号，所述控制信号用于控制该无线电能传输模块的输出，使得所有所述无线电能传输模块的输出功率均衡和负载端电压恒定。
[0007]优选的，每个所述无线电能传输模块包括全桥逆变器，所述控制信号为移相控制信号，所述移相控制信号用于控制所述全桥逆变器输出的交流电压的基波幅值。
[0008]优选的，每个所述全桥逆变器包括第一IGBT器件、第二IGBT器件、第三IGBT器件和第四IGBT器件，其中，所述第一IGBT器件与所述第二IGBT器件之间的移相角始终保持180
°
的相位差，所述第三IGBT器件和所述第四IGBT器件之间的移相角始终保持180
°
的相位差，所述移相控制信号用于控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角。
[0009]优选的，若所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角增大，则所述全桥逆变器所在的无线电能传输通道的接收回路的电流增大。
[0010]优选的，所述移相控制信号满足：
[0011]若该无线电能传输通道的接收回路电流与所述电流最大值存在差值，则所述移相控制信号控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角增大；
[0012]若该无线电能传输通道的接收回路电流与所述电流最大值的差值为零，则所述移相控制信号控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角不变；
[0013]若该无线电能传输通道的负载电压大于预设电压，则所述移相控制信号控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角减小；
[0014]若该无线电能传输通道的负载电压小于预设电压，则所述移相控制信号控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角增大；
[0015]若该无线电能传输通道的负载电压等于预设电压，则所述移相控制信号控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角不变。
[0016]优选的，所述控制模块包括：中央处理器、用于采集接收回路电流的电流检测模块和用于采集负载电压的电压检测单元，所述中央处理器用于根据所述电流最大值、所述电流检测模块的采集信号和所述电压检测单元的采集信号来输出所述控制信号。
[0017]优选的，将所述最大电流选取模块选出的最大电流信号记为I
max
，将所述负载端电压记为U,负载端设计的额定电压记为U
ref
，将第n个所述无线电能传输通道的接收回路电流记为I
n
，第n个所述无线电能传输通道的所述中央处理器输出所述控制信号包括步骤：
[0018]计算获得电流信号I
max
和I
n
的差值，记为ΔI
n
；
[0019]将差值ΔI
n
乘上一个与负载相关的比例系数K得到一个电压偏差修正值，记为ΔU
n1
；
[0020]计算额定电压U
ref
和负载端电压U的电压偏差，记为ΔU
n2
；
[0021]计算电压偏差修正值ΔU
n1
与电压偏差ΔU
n2
的和，记为ΔU
n
；
[0022]根据ΔU
n
输出所述控制信号。
[0023]优选的，所述最大电流选取模块包括均流控制母线和多个并联的二极管，每个所述二极管的正极分别与一个所述无线电能传输通道的输出端连接，每个所述二极管的负极均与所述均流控制母线连接。
[0024]总体而言，本专利技术与现有技术相比，具有有益效果：可以实现多通道无线电能传输中的功率自均衡，从而使整体系统工作状态更稳定、安全，可以避免某个或某几个通道分配到绝大部分功率导致的严重发热问题，可以延长整个系统的工作寿命。该无线电能传输系统中各个通道都包含实现负载电压闭环控制的控制模块，能够实现维持输出负载端电压稳定的功能，同时又通过最大电流选取模块和控制模块，进行最大电流自动均流，在各个通道输出电压相等的情况下，根据各个通道接收回路电流的差异，调整期望电压与实际电压的差值，使输出电流一致，就可以实现各通道的功率均衡。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例的多通道无线电能传输系统的控制原理示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例的多通道无线电能传输系统的电路框图；
[0027]图3是本专利技术实施例的无线电能传输模块的电路图；
[0028]图4是本专利技术实施例的最大电流选取原理电路图；
[0029]图5是本专利技术实施例的全桥逆变器移相控制电路图；
[0030]图6是本专利技术实施例的双线圈的磁耦合谐振式无线电能传输装置示意图
[0031]图7是本专利技术实施例的双线圈的磁耦合谐振式无线电能传输装置的接收端阻抗等效图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统，其特征在于，包括最大电流选取模块和多个并联的无线电能传输通道，每个所述无线电能传输通道包括控制模块和无线电能传输模块，所有所述无线电能传输模块的输出端接同一负载；所述最大电流选取模块用于确定所有所述无线电能传输模块的接收回路的电流最大值，每个所述控制模块用于根据自身对应的无线电能传输模块的接收回路电流、负载端电压和所述电流最大值输出控制信号，所述控制信号用于控制该无线电能传输模块的输出，使得所有所述无线电能传输模块的输出功率均衡和负载端电压恒定。2.如权利要求1所述的一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统，其特征在于，每个所述无线电能传输模块包括全桥逆变器，所述控制信号为移相控制信号，所述移相控制信号用于控制所述全桥逆变器输出的交流电压的基波幅值。3.如权利要求2所述的一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统，其特征在于，每个所述全桥逆变器包括第一IGBT器件、第二IGBT器件、第三IGBT器件和第四IGBT器件，其中，所述第一IGBT器件与所述第二IGBT器件之间的移相角始终保持180
°
的相位差，所述第三IGBT器件和所述第四IGBT器件之间的移相角始终保持180
°
的相位差，所述移相控制信号用于控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角。4.如权利要求3所述的一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统，其特征在于，若所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角增大，则所述全桥逆变器所在的无线电能传输通道的接收回路的电流增大。5.如权利要求3所述的一种实现功率自均衡的多通道无线电能传输系统，其特征在于，所述移相控制信号满足：若该无线电能传输通道的接收回路电流与所述电流最大值存在差值，则所述移相控制信号控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角增大；若该无线电能传输通道的接收回路电流与所述电流最大值的差值为零，则所述移相控制信号控制所述第一IGBT器件与所述第三IGBT器件之间的移相角不变；若该无线电能传输通道的负载电压大于预设电压，则所述移相控制信号控制所述第一I...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙盼，吴旭升，孙军，蔡进，何笠，杨刚，熊义勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：