一种功率分流及动态调谐的高效率无线传能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种功率分流及动态调谐的高效率无线传能系统，包括发射端、两个接收端、相位检测模块、DSP控制器和驱动电路，相位检测模块检测i

【技术实现步骤摘要】
一种功率分流及动态调谐的高效率无线传能系统


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种功率分流及动态调谐的高效率无线传能系统。

技术介绍

[0002]随着社会的迅猛发展和时代的进步，无线电能传输技术(WPT)在电能传输领域发挥着越来越重要的作用。与传统输电方式相较，无线电能传输技术并不需要传统的导线等物理接触方式，而是运用电磁感应理论将能量有发射端传输到接收端，从而完成电能的传输。传输过程中的安全、方便、灵活等优点，使其在电动汽车充电、医疗、航空航天、便携式电子产品、水下充电等领域有着得天独厚的优势，所以无线传能技术有着广阔的发展空间。
[0003]在无线电能传输系统中，为了使输出电压或电流保持恒定，可以通过调频或者移相等方式来实现，这就需要在系统中添加通信模块，在无限电能传输系统的高频率、高磁场强度的情况下，通信模块的使用无疑增加了系统的成本，使得整个系统变的更加复杂并且降低了系统的可靠性。所以怎样既可以实现输出电压或电流稳定与要求值的同时，又可以省去通信模块成为了一个值得研究的方向。
[0004]现有无线电能传输系统为避免使用无线通信模块，大多采用两级式架构，即前级无线电能传输变换器只负责功率传输，通过后级DC/DC变换器实现最优负载匹配或者对输出电压或者输出电流的可控，如公开号为CN216451189U的中国专利提供了一种无线电能传输功率控制系统以及公开号为CN113991889A的中国专利提供了一种无线电能传输功率控制方法及系统，在这两件专利技术中后级均采用同步Buck变换器，利用比例
‑
积分控制调整同步Buck变换器的占空比，在一定耦合系数与负载变化的情况下实现稳定功率输出，无需额外通信模块；然而两级式架构对总传输功率处理两次，增加系统额外损耗，降低整体效率，同时级联变换器的电压电流应力较高，增加功率器件的选型难度，提高研发成本，不利于实际产品推广。

技术实现思路

[0005]鉴于上述，本专利技术提供了一种功率分流及动态调谐的高效率无线传能系统，能够摆脱通信模块的束缚，增加无线传能系统的稳定性和安全性。
[0006]一种功率分流及动态调谐的高效率无线传能系统，包括发射端、接收端1、接收端2以及负载，其中：
[0007]所述发射端包括直流源、高频逆变器、谐振补偿电感L
a
、谐振补偿电容C
a
和C
p
以及发射线圈L
p
，其中高频逆变器由四个带反并联二极管的开关管S1～S4构成，S1的漏极与S3的漏极以及直流源的正极相连，S2的源极与S4的源极以及直流源的负极相连，S1的源极与S2的漏极以及L
a
的一端相连，L
a
的另一端与C
a
的一端以及C
p
的一端相连，C
p
的另一端与L
p
的一端相连，S3的源极与S4的漏极、C
a
的另一端以及L
p
的另一端相连；
[0008]所述接收端1包括接收线圈L
s1
、谐振补偿电容C
s1
、整流桥以及滤波电容C
o1
，其中整
流桥由四个二极管D3～D6构成，L
s1
的一端与C
s1
的一端相连，C
s1
的另一端与D3的阳极以及D5的阴极相连，L
s1
的另一端与D4的阳极以及D5的阴极相连，D3的阴极与D4的阴极、C
o1
的一端以及负载的一端相连，D5的阳极与D6的阳极以及C
o1
的另一端相连；
[0009]所述接收端2包括接收线圈L
s2
、谐振补偿电容C
s2
、电容C
X
、开关管S5、有源整流桥以及滤波电容C
o2
，其中有源整流桥由两个带反并联二极管的开关管S6和S7以及两个二极管D1和D2构成，L
s2
的一端与C
s2
的一端相连，L
s2
的另一端与C
X
的一端以及S5的漏极相连，C
s2
的另一端与D1的阳极以及S6的漏极相连，C
X
的另一端与S5的源极、D2的阳极以及S7的漏极相连，D1的阴极与D2的阴极、C
o2
的一端以及D6的阳极相连，S6的源极与S7的源极、C
o2
的另一端以及负载的另一端相连。
[0010]进一步地，所述无线传能系统还包括相位检测模块、DSP控制器和驱动电路，所述相位检测模块用于检测i
s1
与i
s2
的相位差并提供给DSP控制器，i
s1
和i
s2
分别为接收线圈L
s1
和L
s2
上的电流；所述DSP控制器根据相位差负载电压以及电流i
s2
通过相应控制策略生成开关管S5～S7的开关信号，进而通过驱动电路对开关信号驱动放大后提供给开关管S5～S7的栅极。
[0011]进一步地，所述接收端1中整流桥的直流输出端并联滤波电容C
o1
能够减小直流输出的纹波。
[0012]进一步地，所述接收端2通过调节开关管S5的开关占空比来改变电容C
X
的电压大小以实现动态调谐，同时通过控制开关管S6和S7的导通时序可以实现零电压开通(Zero voltage switching，ZVS)，控制开关管S6和S7的开关频率可调节输出电压大小，且输出端口并联滤波电容C
o2
能够减小直流输出的纹波。
[0013]进一步地，所述相位检测模块包括两个电流采样模块、两个比较器B1和B2以及两个D触发器T1和T2，其中两个电流采样模块分别采集接收线圈L
s1
和L
s2
上的电流i
s1
和i
s2
，进而将i
s1
输送至B1的正相输入端，将i
s2
输送至B2的正相输入端，B1和B2的反相输入端均接地，B1的输出端与T1的时钟端相连，B2的输出端与T2的时钟端相连，T2的清零端与T1的Q端相连，T2的Q端与T1的清零端相连并输出i
s1
与i
s2
的相位差
[0014]进一步地，所述DSP控制器包括低通滤波器、PI控制环节、限幅环节、同步信号发生模块、电压采样电路以及ePWM模块，其中低通滤波器对i
s1
与i
s2
的相位差进行滤波，进而使基准相位减去滤波后的相位差并依次通过PI控制环节和限幅环节输入至ePWM模块，ePWM模块产生相应占空比的PWM信号通过驱动电路后驱动开关管S5，以时刻调整电容C
X
的电压大小，以达到动态调谐即保持副边时刻处于完全补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率分流及动态调谐的高效率无线传能系统，其特征在于，包括发射端、接收端1、接收端2以及负载，其中：所述发射端包括直流源、高频逆变器、谐振补偿电感L
a
、谐振补偿电容C
a
和C
p
以及发射线圈L
p
，其中高频逆变器由四个带反并联二极管的开关管S1～S4构成，S1的漏极与S3的漏极以及直流源的正极相连，S2的源极与S4的源极以及直流源的负极相连，S1的源极与S2的漏极以及L
a
的一端相连，L
a
的另一端与C
a
的一端以及C
p
的一端相连，C
p
的另一端与L
p
的一端相连，S3的源极与S4的漏极、C
a
的另一端以及L
p
的另一端相连；所述接收端1包括接收线圈L
s1
、谐振补偿电容C
s1
、整流桥以及滤波电容C
o1
，其中整流桥由四个二极管D3～D6构成，L
s1
的一端与C
s1
的一端相连，C
s1
的另一端与D3的阳极以及D5的阴极相连，L
s1
的另一端与D4的阳极以及D5的阴极相连，D3的阴极与D4的阴极、C
o1
的一端以及负载的一端相连，D5的阳极与D6的阳极以及C
o1
的另一端相连；所述接收端2包括接收线圈L
s2
、谐振补偿电容C
s2
、电容C
X
、开关管S5、有源整流桥以及滤波电容C
o2
，其中有源整流桥由两个带反并联二极管的开关管S6和S7以及两个二极管D1和D2构成，L
s2
的一端与C
s2
的一端相连，L
s2
的另一端与C
X
的一端以及S5的漏极相连，C
s2
的另一端与D1的阳极以及S6的漏极相连，C
X
的另一端与S5的源极、D2的阳极以及S7的漏极相连，D1的阴极与D2的阴极、C
o2
的一端以及D6的阳极相连，S6的源极与S7的源极、C
o2
的另一端以及负载的另一端相连。2.根据权利要求1所述的高效率无线传能系统，其特征在于：所述无线传能系统还包括相位检测模块、DSP控制器和驱动电路，所述相位检测模块用于检测i
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与i
s2
的相位差并提供给DSP控制器，i
s1
和i
s2
分别为接收线圈L
s1
和L
s2
上的电流；所述DSP控制器根据相位差负载电压以及电流i
s2
通过相应控制策略生成开关管S5～S7的开关信号，进而通过驱动电路对开关信号驱动放大后提供给开关管S5～S7的栅极。3.根据权利要求1所述的高效率无线传能系统，其特征在于：所述接收端1中整流桥的直流输出端并联滤波电容C
o1
能够减小直流输出的纹波。4.根据权利要求1所述的高效率无线传能系统，其特征在于：所述接收端2通过调节开关管S5的开关占空比来改变电容C
X
的电压大小以实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝强，张欣，马皓，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：