本发明专利技术公开了一种基于静态电容阵列的CPT系统及其控制方法，属于非接触电能传输系统领域。该CPT系统在其拾取端电路上增设了一个静态电容阵列，拾取端电路上的谐振电感Ls与静态电容阵列并联，且负载RL的两端通过分压电路与AD采样模块的输入端连接，AD采样模块的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端连接静态电容阵列，控制所述静态电容阵列输出不同的等效电容值。该CPT系统控制方法提供基于软开关技术的分段式控制方法，采用逻辑运算方式对该静态电容阵列输出的等效电容值进行调节，从而实现对CPT系统输出电压的控制。通过本发明专利技术，提高了CPT系统输出电压的调节范围，降低了动态开关损耗，提高了系统整体稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种CPT系统输出电压的控制方法，尤其是一种基于静态电容阵列的 CPT系统及其控制方法。
技术介绍
非接触电能传输(ContactlessPower Transfer System)系统，简称为 CPT 系统， 是一种借助于高频电磁场实现电能传输的技术，由于其利用磁场作为媒介实现电能传输， 摆脱了实际的电气接触，从而使电源供给及接收设备具有相当的灵活性和安全性，近几年内受到学者的广泛关注。在移动设备的CPT系统供电应用中，由于电能发射端与接收端相对独立，在移动设备移动过程中发射端与接收端的耦合系数将会动态发生变化，导致系统接收端输出电压也会相应地产生动态变化，从而造成输出电压质量下降。此外，由于负载动态变化所产生的反射阻抗变化也会较大地影响输出电压的稳恒性。为了提高输出电压的稳恒性，学术界提出了多种输出控制方法，其中包括短路解耦法，动态电容切换法、原边主动控制法等。短路解耦法通过拾取线圈短路来实现能量控制，该方法简单且易于实现，但在大功率应用环境中，由于短路过程损耗能量较大，从而使系统工作效率下降。原边主动控制方法通过控制系统发射端输入电压的大小来控制拾取端输出电压，该方法在单对单的能量传输过程有效，但对于多接收端的情况，无法实现多路输出的独立控制。而动态电容切换法通过利用改变流过谐振电容的电流相位来实现输出电压的控制，但由于动态电容会导致谐振电压波形易产生畸变，导致其调节范围较小，从而在应用中受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种基于静态电容阵列的CPT系统，通过改变静态电容阵列输出的等效电容值达到了间接控制CPT系统输出电压的目的。本专利技术的另一目的是提供一种基于静态电容阵列的CPT系统控制方法，对静态电容阵列输出的等效电容值采用基于软开关技术的分段式控制方式，易于实有利于提高系统控制速度。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于静态电容阵列的CPT系统，包括拾取端电路，其中所述拾取端电路中设置有谐振电感Ls和负载&，所述谐振电感Ls与静态电容阵列并联，且所述负载&的两端通过分压电路与AD (模拟/数字转换)采样模块的输入端连接，所述AD采样模块的输出端连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接所述静态电容阵列，控制所述静态电容阵列输出不同的等效电容值。所述静态电容阵列由2个电容阵列单元组成第一电容阵列单元由5个电容Cl C5以及4个双向开关管Sl S4组成，其中所述电容Cl、C2与双向开关管Sl串联构成第一条支路；所述电容C3与双向开关管S3串联，构成第二条支路；所述电容C4、C5并联后与所述双向开关管S4串联，构成第三条支路；所述第一条支路、第二条支路与第三条支路并联，且所述双向开关管S2的一端连接所述电容C2 与所述双向开关管S1的串联节点，另一端连接所述电容C3与所述双向开关管S3的串联节占.第二电容阵列单元由5个电容C6 ClO以及4个双向开关管S5 S8组成，其中所述电容C6、C7与双向开关管S5串联构成第一条支路；所述电容C8与双向开关管S7串联，构成第二条支路；所述电容C9、C10并联后与所述双向开关管S8串联，构成第三条支路；所述第一条支路、第二条支路与第三条支路并联，且所述双向开关管S6的一端连接所述电容C7 与所述双向开关管S5的串联节点，另一端连接所述电容C8与所述双向开关管S7的串联节占.^ w\ 且所述第一电容阵列单元与所述第二电容阵列单元并联；控制器通过控制所述双向开关管Sl S8的启闭来控制所述静态电容阵列输出不同的等效电容值。所述双向开关管均由两个反向串联的功率MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)管组成，其中各功率MOSFET 管的栅极均与所述控制器的输出端连接，所述控制器控制各功率MOSFET管的启闭，从而控制所述静态电容阵列输出的电容值。所述控制器每次控制导通的双向开关管不超过2个。所述静态电容阵列中电容选用无感电容。所述电容Cl C5的电容值相等，均为Cn，且所述电容C6 ClO的电容值相等，均为Cm，且所述电容值Cm与所述电容值Cn的比例系数为k，即Cm=k*Cn，其中k为> 3的任意数值。k 取值为 3. 05。本专利技术还提供一种基于静态电容阵列的CPT系统控制方法，其由以下步骤组成51、在CPT系统的拾取端电路上搭建静态电容阵列，使得所述静态电容阵列与所述拾取端电路上的谐振电感并联，且将拾取端电路中负载的两端通过分压电路与AD采样模块连接，AD采样模块与控制器的输入端连接，控制器的输出端连接静态电容阵列，控制所述静态电容阵列输出不同的等效电容值；52、将所述静态电容阵列输出的等效电容值Cequ按照大小顺序排列， 形成等效电容值序列，且设定等效电容值的控制函数为Qtiu (i)，等效电容值的个数为n，其中i表示所述等效电容值在等效电容值序列中的位置， 化仏…⑷，！！为大于丄的整数；53、控制器采集CPT系统输出的实际电压，求取所述实际电压与参考电压的误差A，设定误差变化车为，等效电容值变化率为C^21 ,其中误差变化本·等效电容值变化率C: =,且根据控制精度的需求，以误差范围为基准将对等效电容值的调节划分为多个调节阶段1个保持段以及由控制段h1;……，控制段hi;……，控制段hn组成的多个控制段，其中h e , h1=l, hi、hn、η均为大于1的整数；54、所述控制器判断所述静态电容阵列上的谐振电压Vs是否过零点如果判定所述谐振电压Vs过零点，则继续执行以下步骤，进一步根据误差〃的范围确定所述控制器所处调节阶段，如果判定所述谐振电压Vs未过零点，则循环此步骤；55、设定当前等效电容值为C^aAhtl表示当前等效电容值在等效电容值序列中的位置，针对保持段，当H <ΚΙ时，判定所述控制器处于保持段，所述静态电容阵列输出的等效电容值保持不变；针对控制段，当hhhl <h+1|时，判定所述控制器处于所述控制段hi，且进一步判断所述等效电容值序列的排列顺序当判定所述等效电容值按照从小到大的顺序进行排序时，判断误差变化率；以及等效电容值变化率C:的正负如果丨<o,c^彡0，即&《Μ,σ,Θ^^^-ι)，表示随着等效电容值增加，误差减小，将等1电容值切换为C1etiu (ho+h,)；如果<0, c'm <0，即。表示随着等效电容值减少，误差减小，将等1电容值切换为Qtiu (ho-h,)； 如果 〉0，L·琴ζ 0，即巧，，表示随着等效电容值输出的增加，误差增大，将等效电容值切换为Gtiu (ho-h,)；如果·义，C·- <0，即表示随着等效电容值减少，误差增大，将等效电容值切换为Qtiu (hjhi);其中hfhi为小于或者等于η的整数，且hfhi为大于 1的整数。 当判定所述等效电容值按照从大到小进行排序时，判断误差变化本以及等效电容值变化率σ:的正负如果<0’C:彡0，即巧￠^^,0^020,( - ，表示随着等效电容值增加，误差减小，将等效电容值切换为Qtiu (ho-h,)；如果<°' Cm <0，即巧《Μ,σ, χσ本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于静态电容阵列的ＣＰＴ系统，包括拾取端电路，其中所述拾取端电路中设置有谐振电感Ｌｓ和负载ＲＬ，其特征在于：所述谐振电感Ｌｓ与静态电容阵列并联，且所述负载ＲＬ的两端通过分压电路与ＡＤ采样模块的输入端连接，所述ＡＤ采样模块的输出端连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接所述静态电容阵列，控制所述静态电容阵列输出不同的等效电容值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴欣，王智慧，唐春森，孙跃，苏玉刚，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85
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