一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法及拓扑技术

本发明专利技术公开了一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法及拓扑，属于无线电能传输领域。该系统包括发射端与3个接收端，发射端包括直流电源，逆变器，补偿网络和发射线圈；接收端包括接收线圈，S型补偿网络，阻断网络，整流器和负载。工作模式包括单负载供能模式与双负载供能模式。带阻断网络的多频多负载无线电能传输拓扑可在变负载条件下，有效抑制非目标谐振频率及其高次谐波对应频率的电压分量对目标接收端干扰，从而改善多负载定向功率分配，降低交叉干扰带来的影响，减小非目标接收端带来的无功分量，提升系统效率。本发明专利技术具有广泛的应用前景，包括多便携式设备无线充电，多智能体协同控制，无线电机驱动等。无线电机驱动等。无线电机驱动等。

【技术实现步骤摘要】
一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法及拓扑


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法及拓扑。

技术介绍

[0002]无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)相较于传统的有线电能传输，无需金属导体直接接触，有着可靠，安全，便捷等诸多优势，是一项具有划时代意义的技术。磁耦合谐振式无线电能传输技术(Magnetically Coupled Resonant，MCR WPT)，通过线圈间的谐振耦合，实现中等距离的能量近场传输，为低耦合系数下能量高效传输提供了全新的思路，目前已应用于电动汽车，航空航天，智能电网，生物医疗等多个领域。
[0003]随着MCR WPT技术的发展，其研究与应用逐渐从传统的单负载供电模式拓宽至多负载供电模式。多负载MCR WPT系统可分为单频多负载系统与多频多负载系统。为实现多负载输出功率的独立控制，针对单频多负载MCR WPT系统，可在接收端加入功率变换器，简单易行，但是难以为不同谐振频率的负载供能；多频多负载MCR WPT系统通过建立多频能量传输通道实现多负载输出功率的独立控制。
[0004]多频多负载无线电能传输系统中，线圈耦合包括发射与接收线圈间的耦合，接收线圈间的交叉耦合。理想的能量传输通道存在于发射线圈与目标接收线圈间，然而多线圈耦合所提供的错综复杂的能量传输通道，使得在能量传递的过程中，存在交叉干扰现象，即非目标谐振频率的能量传递至目标接收端的现象。
[0005]交叉干扰现象带来的问题包括：1)系统缺乏宽范围可调的传输功率以及对功率变化趋势的明确把握。特别的，在变负载条件下的恒压输出场合中，交叉干扰使得各路负载所获功率相互关联，一路负载发生变化，其它负载所获功率随之明显波动。2)非目标接收端反射阻抗非纯阻性，增加系统无功分量，降低系统传输效率。
[0006]为了减小或消除非目标谐振频率带来的交叉干扰，通常选择在接收端加入辅助电路。目前的研究集中于双负载系统接收端辅助电路的设计，针对三负载系统的交叉干扰抑制方法还有待研究。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：多频多负载无线电能传输系统中，多线圈耦合所提供的错综复杂的能量传输通道，使得在能量传递的过程中，存在交叉干扰现象，即非目标谐振频率的能量传递至目标接收端的现象，为了减小或消除非目标谐振频率带来的交叉干扰，通常选择在接收端加入辅助电路。目前的研究集中于双负载系统接收端辅助电路的设计，针对三负载系统的交叉干扰抑制方法还有待研究。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法，针对由发射端与三个负载分别所连接收端A、接收端B、接收端C构成的无线电能传输系统，发射端中直流电源经逆变器连
接发射线圈，逆变器包括两个并联的桥臂，第一桥臂包括串联的上桥臂开关管Q1和下桥臂开关管Q2，第二桥臂包括串联的上桥臂开关管Q3和下桥臂开关管Q4；执行以下过程，实现发射端向接收端负载的无线电能传输：
[0010]针对发射端向任意一个接收端的负载传输能量的模式下，逆变器第一桥臂开关管由PWM驱动信号控制且上下两管驱动信号互补，第二桥臂保持开关管Q4导通，开关管Q3截止；基于接收端A、接收端B、接收端C分别对应的谐振频率f
A
、f
B
、f
C
，当逆变器第一桥臂开关管Q1、Q2驱动信号频率f
o
取值为接收端谐振频率时，则发射端向对应的接收端负载进行无线电能传输；
[0011]针对发射端向任意两个接收端的负载传输能量的模式下，逆变器第一桥臂开关管和第二桥臂开关管分别均由对应的PWM驱动信号控制且每桥臂上下两管驱动信号互补，基于接收端A、接收端B、接收端C分别对应的谐振频率f
A
、f
B
、f
C
，当逆变器第一桥臂开关管Q1、Q2驱动信号频率f
o1
和第二桥臂开关管Q3、Q4驱动信号频率f
o2
取值为接收端谐振频率，且f
o1
≠f
o2
，则发射端向对应的两个接收端负载进行无线电能传输。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，针对发射端向一个接收端的负载传输能量的模式下，基于开关管Q1的驱动信号占空比D，通过改变D控制逆变器输出电压及对应接收端功率；
[0013]所述针对发射端向任意两个接收端的负载传输能量的模式下，基于开关管Q1的驱动信号占空比D
o1
、开关管Q3的驱动信号占空比D
o2
，通过改变D
o1
与D
o2
控制逆变器输出电压频率为f
o1
、f
o2
的分量及对应接收端功率。
[0014]一种基于所述带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法的拓扑结构，包括发射端、接收端A、接收端B和接收端C，发射端包括直流电源V
in
、直流侧滤波电容C
r
、逆变器、补偿网络、发射线圈内阻R
T
和发射线圈电感L
T
，逆变器包括两个并联的桥臂，第一桥臂包括串联的上桥臂开关管Q1，下桥臂开关管Q2，第二桥臂包括串联的上桥臂开关管Q3，下桥臂开关管Q4；直流电源V
in
的其中一端对接直流侧滤波电容C
r
的其中一端、开关管Q1的漏极与开关管Q3的漏极；直流电源V
in
的另一端对接直流侧滤波电容C
r
的另一端、开关管Q2的源极与开关管Q4的源极；开关管Q1的源极、开关管Q2的漏极对接并接入补偿网络；开关管Q3的源极、开关管Q4的漏极、发射线圈内阻R
T
的其中一端三者相对接并接入补偿网络；发射线圈电感L
T
的其中一端接入补偿网络；发射线圈内阻R
T
的另一端与发射线圈电感L
T
的另一端相对接；
[0015]接收端A、接收端B和接收端C结构相同，分别针对各接收端其结构为：包括接收线圈电感L
m
、接收线圈内阻R
m
、整流器、接收端滤波电容C
mf
和负载电阻R
Lm
；接收线圈电感L
m
的其中一端与整流器交流侧的其中一端相连；接收线圈电感L
m
的另一端与接收线圈内阻R
m
的其中一端相连接；接收线圈内阻R
m
的另一端与整流器交流侧的另一端相连；整流器直流侧的其中一端、接收端滤波电容C
mf
的其中一端、负载电阻R
Lm
的其中一端三者相对接；整流器直流侧的另一端、接收端滤波电容C
mf
的另一端、负载电阻R
Lm
的另一端三者相对接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法，其特征在于：针对由发射端与三个负载分别所连接收端A、接收端B、接收端C构成的无线电能传输系统，发射端中直流电源经逆变器连接发射线圈，逆变器包括两个并联的桥臂，第一桥臂包括串联的上桥臂开关管Q1和下桥臂开关管Q2，第二桥臂包括串联的上桥臂开关管Q3和下桥臂开关管Q4；执行以下过程，实现发射端向接收端负载的无线电能传输：针对发射端向任意一个接收端的负载传输能量的模式下，逆变器第一桥臂开关管由PWM驱动信号控制且上下两管驱动信号互补，第二桥臂保持开关管Q4导通，开关管Q3截止；基于接收端A、接收端B、接收端C分别对应的谐振频率f
A
、f
B
、f
C
，当逆变器第一桥臂开关管Q1、Q2驱动信号频率f
o
取值为接收端谐振频率时，则发射端向对应的接收端负载进行无线电能传输；针对发射端向任意两个接收端的负载传输能量的模式下，逆变器第一桥臂开关管和第二桥臂开关管分别均由对应的PWM驱动信号控制且每桥臂上下两管驱动信号互补，基于接收端A、接收端B、接收端C分别对应的谐振频率f
A
、f
B
、f
C
，当逆变器第一桥臂开关管Q1、Q2驱动信号频率f
o1
和第二桥臂开关管Q3、Q4驱动信号频率f
o2
取值为接收端谐振频率，且f
o1
≠f
o2
，则发射端向对应的两个接收端负载进行无线电能传输。2.根据权利要求1所述一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法，其特征在于：针对发射端向一个接收端的负载传输能量的模式下，基于开关管Q1的驱动信号占空比D，通过改变D控制逆变器输出电压及对应接收端功率；所述针对发射端向任意两个接收端的负载传输能量的模式下，基于开关管Q1的驱动信号占空比D
o1
、开关管Q3的驱动信号占空比D
o2
，通过改变D
o1
与D
o2
控制逆变器输出电压频率为f
o1
、f
o2
的分量及对应接收端功率。3.一种基于权利要求1
‑
2任意一项所述带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法的拓扑结构，其特征在于：包括发射端、接收端A、接收端B和接收端C，发射端包括直流电源V
in
、直流侧滤波电容C
r
、逆变器、补偿网络、发射线圈内阻R
T
和发射线圈电感L
T
，逆变器包括两个并联的桥臂，第一桥臂包括串联的上桥臂开关管Q1，下桥臂开关管Q2，第二桥臂包括串联的上桥臂开关管Q3，下桥臂开关管Q4；直流电源V
in
的其中一端对接直流侧滤波电容C
r
的其中一端、开关管Q1的漏极与开关管Q3的漏极；直流电源V
in
的另一端对接直流侧滤波电容C
r
的另一端、开关管Q2的源极与开关管Q4的源极；开关管Q1的源极、开关管Q2的漏极对接并接入补偿网络；开关管Q3的源极、开关管Q4的漏极、发射线圈内阻R
T
的其中一端三者相对接并接入补偿网络；发射线圈电感L
T
的其中一端接入补偿网络；发射线圈内阻R
T
的另一端与发射线圈电感L
T
的另一端相对接；接收端A、接收端B和接收端C结构相同，分别针对各接收端其结构为：包括接收线圈电感L
m
、接收线圈内阻R
m
、整流器、接收端滤波电容C
mf
和负载电阻R
Lm
；接收线圈电感L
m
的其中一端与整流器交流侧的其中一端相连；接收线圈电感L
m
的另一端与接收线圈内阻R
m
的其中一端相连接；接收线圈内阻R
m
的另一端与整流器交流侧的另一端相连；整流器直流侧的其中一端、接收端滤波电容C
mf
的其中一端、负载电阻R
Lm
的其中一端三者相对接；整流器直流侧的另一端、接收端滤波电容C
mf
的另一端、负载电阻R
Lm
的另一端三者相对接；其中，m指代接收端，当m＝A指代接收端A，当m＝B指代接收端B，当m＝C指代接收端C。4.根据权利要求3所述一种带阻断网络的多频多负载无线电能传输方法的拓扑结构，
其特征在于：所述接收端还包括S型...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡骏，李滨，严颖，陈亮，苏芮，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：