一種諧振補(bǔ)償拓?fù)淇汕袚Q的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種新型的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，具體設(shè)及一種諧振補(bǔ)償拓?fù)淇汕袚Q的 無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑒于無(wú)線電能傳輸技術(shù)所具有的安全、便利、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，成為了目前 電力電子領(lǐng)域的熱口研究課題，其理論體系也在不斷的發(fā)展與完善。其中電磁感應(yīng)式無(wú)線 電能傳輸技術(shù)發(fā)展最為迅速，應(yīng)用也最為廣泛，它利用高頻磁場(chǎng)在磁路機(jī)構(gòu)中傳輸能量，從 而實(shí)現(xiàn)原邊發(fā)射端與副邊拾取端的物理隔離。
[0003]可見(jiàn)，無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的磁路機(jī)構(gòu)是無(wú)線電能傳輸技術(shù)的核屯、，其禪合系數(shù)的 大小也直接影響整個(gè)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的輸出電壓、輸出功率及傳輸效率等特性。而磁路 機(jī)構(gòu)中分離的原邊發(fā)射端與副邊拾取端是一種松禪合磁路結(jié)構(gòu)，具有漏感大，激磁電感小， 禪合系數(shù)小等缺點(diǎn)，因此為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量傳輸?shù)淖畲蠡瑴p小整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率，一般 需要對(duì)原副邊線圈電感進(jìn)行補(bǔ)償，因此無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的諧振補(bǔ)償方式成為了無(wú)線電能 傳輸技術(shù)的研究重點(diǎn)。
[0004]目前，常見(jiàn)的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)諧振補(bǔ)償拓?fù)溆稍边叺难a(bǔ)償結(jié)構(gòu)不同可分為四 種基本補(bǔ)償拓?fù)?，分別為：串/串補(bǔ)償(SS)拓?fù)?，?并補(bǔ)償(SP)拓?fù)?，?串補(bǔ)償(PS)拓?fù)洌?并/并補(bǔ)償(PP)拓?fù)洌齏上四種基本補(bǔ)償拓?fù)鋀外，還有LCL、LCC、SSP等新型拓?fù)渫負(fù)?。運(yùn) 些補(bǔ)償拓?fù)涠加懈髯缘奶攸c(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同選取一種最適合的補(bǔ)償拓 撲。
[000引縱觀上述的各種諧振補(bǔ)償拓?fù)?，IXL補(bǔ)償拓?fù)溆捎谄淇蒞通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)使原邊導(dǎo) 軌恒流，故被廣泛應(yīng)用在無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的原邊諧振補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，而S或P補(bǔ)償拓?fù)溆捎谄?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、儲(chǔ)能元件少，所W常被用作無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的副邊諧振補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。而La-S與 IXL-P兩種補(bǔ)償結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)表現(xiàn)出的特性大不相同，其中L化-S系統(tǒng)適 合用于需要恒壓源供電的負(fù)載，而La-P系統(tǒng)適合用于需要恒流源供電的負(fù)載。或者當(dāng)負(fù)載 值較小時(shí)，L化-S系統(tǒng)的輸出功率和傳輸效率較1化斗系統(tǒng)更高，而當(dāng)負(fù)載值較大時(shí)，L化-P 系統(tǒng)的輸出功率和傳輸效率較La-S系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)。所W當(dāng)負(fù)載所需供電電源特性或功率 效率輸出要求不同時(shí)，單一諧振補(bǔ)償拓?fù)涞臒o(wú)線電能傳輸系統(tǒng)就不能滿足其應(yīng)用場(chǎng)合，目 前國(guó)內(nèi)外也沒(méi)有能夠改善運(yùn)一情況的研究發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種諧振補(bǔ)償拓?fù)淇汕袚Q的無(wú)線電能傳輸系 統(tǒng)及其控制方法，可W根據(jù)負(fù)載供電所需電源特性或功率效率輸出要求，靈活的切換系統(tǒng) 工作模式為其提供電能，有效的優(yōu)化其功率及效率，使系統(tǒng)工作在高功率高效率狀態(tài)，從而 滿足各種類型負(fù)載的供電要求，有效克服了單一諧振補(bǔ)償拓?fù)涞南拗?，拓寬了系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng) 厶 1=1 O
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案:一種諧振補(bǔ)償拓?fù)淇汕袚Q的無(wú)線電 能傳輸系統(tǒng)，其特征是：該系統(tǒng)包括直流電源、高頻逆變機(jī)構(gòu)、原邊補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、電磁禪合機(jī) 構(gòu)、呂[]邊切換機(jī)構(gòu)、局頻整流機(jī)構(gòu)、負(fù)載、原邊巧制機(jī)構(gòu)和副邊巧制機(jī)構(gòu);其中直流電源由市 電經(jīng)整流濾波獲得;高頻逆變機(jī)構(gòu)可選擇半橋、全橋或推挽式逆變電路;原邊補(bǔ)償機(jī)構(gòu)選用 IXL補(bǔ)償拓?fù)?；電磁禪合機(jī)構(gòu)為松禪合磁路結(jié)構(gòu);原邊控制機(jī)構(gòu)由原邊控制器和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu) 成，副邊控制機(jī)構(gòu)由檢測(cè)模塊、副邊控制器、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其中原邊控制器及副邊控制器 可選用DSP、FPGA、ARM單片機(jī)等，檢測(cè)模塊與系統(tǒng)輸出端相連，可檢測(cè)負(fù)載值的大小，驅(qū)動(dòng)電 路由光禪隔離和功率放大兩部分電路構(gòu)成。
[0008] 所述的一種諧振補(bǔ)償拓?fù)淇汕袚Q的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于:原邊補(bǔ)償機(jī) 構(gòu)為L(zhǎng)CUT型)結(jié)構(gòu)，副邊切換機(jī)構(gòu)由串聯(lián)補(bǔ)償電容Csi并聯(lián)一個(gè)雙向開關(guān)Si和并聯(lián)補(bǔ)償電容 CS2串聯(lián)一個(gè)雙向開關(guān)S2構(gòu)成，其中所述的雙向開關(guān)為兩只功率開關(guān)管反向串聯(lián);副邊控制 機(jī)構(gòu)通過(guò)控制Sl、S2的開通和關(guān)斷，使無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)在兩種不同的諧振補(bǔ)償拓?fù)渖线M(jìn)行 切換，兩種可相互切換的諧振補(bǔ)償拓?fù)浞謩e為:1XL-S補(bǔ)償拓?fù)浜蚅CL-P補(bǔ)償拓?fù)洹?br>[0009] 所述的一種諧振補(bǔ)償拓?fù)淇汕袚Q的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的控制方法，其特征在于： 通過(guò)檢測(cè)負(fù)載供電電源特性的不同，使系統(tǒng)在恒流輸出、恒壓輸出W及高功率高效率 輸出=種工作模式上進(jìn)行切換，W滿足各種類型負(fù)載的供電要求。
[0010] (1)當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載要求必須恒流源供電時(shí)，令開關(guān)管Si和S2同時(shí)開通，使系統(tǒng)切換至 IXL-P補(bǔ)償拓?fù)鋵?duì)負(fù)載進(jìn)行恒流供電工作模式。
[0011] (2)當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載需要必須恒壓源供電時(shí)，令開關(guān)管Si和S2同時(shí)關(guān)斷，使系統(tǒng)切換至 IXL-S補(bǔ)償拓?fù)鋵?duì)負(fù)載進(jìn)行恒壓供電工作模式。
[0012] (3)當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載即可W使用恒流源供電又可W使用恒壓源供電時(shí)，優(yōu)先考慮其輸 出功率和效率，檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)載化，存在限值Rx，負(fù)載電阻化<Rx時(shí)，令開關(guān)管Si和S2同時(shí)關(guān)斷， 使系統(tǒng)切換至L化-巧H嘗拓?fù)涞臓顟B(tài)下其輸出功率與傳輸效率較高;負(fù)載電阻化〉Rx時(shí)，令開 關(guān)管Si和S2同時(shí)開通，使系統(tǒng)切換至La-P補(bǔ)償拓?fù)涞臓顟B(tài)下其輸出功率與傳輸效率較高， 從而使系統(tǒng)工作在高功率高效率的工作模式下。
[0013] 有益效果 本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，其具有優(yōu)點(diǎn)如下：可W根據(jù)負(fù)載供電所需電源特性或 功率效率輸出要求，靈活切換系統(tǒng)相應(yīng)的工作模式為其提供電能，有效的優(yōu)化其功率及效 率，使系統(tǒng)工作在高功率高效率狀態(tài)，從而滿足各種類型負(fù)載的供電要求，有效克服了單一 諧振補(bǔ)償拓?fù)涞南拗?，拓寬了系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合。
[0014] (1)當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載要求必須恒流源供電時(shí)，令開關(guān)管Si和S2同時(shí)開通，使系統(tǒng)切換至 IXL-P補(bǔ)償拓?fù)鋵?duì)負(fù)載進(jìn)行恒流供電工作模式。例如:L邸燈、電池恒流充電時(shí)段等 (2) 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載需要必須恒壓源供電時(shí)，令開關(guān)管Si和S2同時(shí)關(guān)斷，使系統(tǒng)切換至La-S補(bǔ)償拓?fù)鋵?duì)負(fù)載進(jìn)行恒壓供電工作模式。例如：電機(jī)、電燈、電池恒壓充電時(shí)段等 (3) 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載即可W使用恒流源供電又可W使用恒壓源供電時(shí)，優(yōu)先考慮其輸出功 率和效率，檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)載化，存在限值Rx，負(fù)載電阻化<Rx時(shí)，令開關(guān)管Si和S2同時(shí)關(guān)斷，使系 統(tǒng)切換至L化-巧H嘗拓?fù)涞臓顟B(tài)下其輸出功率與傳輸效率較高；負(fù)載電阻化〉Rx時(shí)，令開關(guān)管 Si和S2同時(shí)開通，使系統(tǒng)切換至La-P補(bǔ)償拓?fù)涞臓顟B(tài)下其輸出功率與傳輸效率較高，從而 使系統(tǒng)工作在高功率高效率的工作模式下。例如:取暖器、電熱毯等【附圖說(shuō)明】
[001引圖1為本發(fā)明系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖 圖中，1、直流電源;2、高頻逆變機(jī)構(gòu);3、原邊補(bǔ)償機(jī)構(gòu);4、電磁禪合機(jī)構(gòu);5、副邊切換機(jī) 構(gòu);6、整流濾波機(jī)構(gòu);7、負(fù)載;8、原邊控制機(jī)構(gòu);9、副邊控制機(jī)構(gòu) 圖2為開關(guān)Si、S2同時(shí)關(guān)斷時(shí)本發(fā)明系統(tǒng)切換至L化-S補(bǔ)償拓?fù)涞闹麟娐穲D 圖3為開關(guān)Si、S2同時(shí)開通時(shí)本發(fā)明系統(tǒng)切換至L化-P補(bǔ)償拓?fù)涞闹麟娐穲D 圖4為本發(fā)明系統(tǒng)主電路簡(jiǎn)化過(guò)程分析圖 圖5為本發(fā)明系統(tǒng)工作在La-S拓?fù)湎碌妮敵鲭妷号c系統(tǒng)負(fù)載之間的關(guān)系圖 圖6為本發(fā)明系統(tǒng)工作在LCL-P拓?fù)湎碌妮敵鲭娏髋c系統(tǒng)負(fù)載之間的關(guān)系圖 圖7為本發(fā)明系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率與系統(tǒng)負(fù)載之間的關(guān)系圖 圖8為本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、
【發(fā)明內(nèi)容】
和有益效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述： 參見(jiàn)圖1，圖1所示為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明系統(tǒng)包括直流電源1，高頻逆變機(jī) 構(gòu)2，原邊補(bǔ)償機(jī)構(gòu)3，電磁禪合機(jī)構(gòu)4，副邊切換機(jī)構(gòu)5，整流濾波機(jī)構(gòu)6，負(fù)載7，原邊控制機(jī) 構(gòu)8和副邊控制機(jī)構(gòu)9。
[0017] 所述的直流電源化n可由市電經(jīng)整流濾波獲得，也可直接使用直流電壓進(jìn)行供電。
[0018] 所述的高頻逆變機(jī)構(gòu)可選擇半橋、全橋或推挽式逆變電路，本發(fā)明使用四只功率 開關(guān)管G1-G4組成H橋高