[发明专利]一种基于磁谐振耦合无线电能传输的变频电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁谐振耦合无线电能传输的变频电路，属无线电能传输变换技术领域。

背景技术

磁谐振耦合无线电能传输技术采用高频谐振耦合方案，要求原边发送线圈与副边接受线圈的谐振频率相同或相近。磁谐振耦合无线电能传输技术在实际使用中，不同的原、副边距离时，原、副边谐振频率不同时具有不同的系统接受效率。如对原、副边不同的距离同步调整谐振频率可以提高系统效率。此项技术可以提高无线传输技术的可用性与灵活性，推动无线电能技术的发展，有良好的应用前景。

无线电能传输技术中关于负载与谐振频率方面已有相关研究，其中有在变负载工况下采用相控动态开关电感方案以使输出电压恒定的方法，如M.Yang,X.Li,Z.Ao,Y.Wang,“TransferredPowerControlforICPTPick-upsUtilizingDynamicallySwitchedInductor”,Proceedingsofthe2012InternationalConferenceonFutureEnergy,Environment,andMaterials,EnergyProcedia16,2012,pp.1440–1447。无线电能传输技术中变换谐振频率从原理上看为变换谐振电感或谐振电容来实现。如果考虑到电感具备饱和特性，如不采用空心电感则变电感方案实现将相对复杂，精度控制要求较高。

发明内容

本发明的目的是，提供一种基于磁谐振耦合无线电能传输的变频电路技术方案。

本发明实现的技术方案为，一种基于磁谐振耦合无线电能传输的变频电路通过磁谐振耦合实现无线电能的传输；利用同步改变原、副边谐振电容容值的方式同步改变原、副边谐振频率，进行频率变换。

本发明一种基于磁谐振耦合无线电能传输的变频电路，包括：原边谐振电路与副边谐振电路，谐振电路均为谐振电感（线圈）与谐振电容组成。

所述谐振电容包括原边谐振电容和副边谐振电容。所述原边谐振电容和副边谐振电容均由一个或多个电力电子交流开关控制的电容器构成谐振电容组变换模块；所述电路通过对原边和副边所有电力电子交流开关的控制完成谐振电容组容值的控制与变换，实现原、副边谐振电容容值控制与变换，并最终改变无线电能传输的谐振频率。

所述谐振电容组变换模块由电力电子交流开关S₁、S₂、…、S_m、…、S_n和电容C₁、C₂、…、C_m、…、C_n构成；每个电力电子交流开关控制一个电容，电力电子交流开关S₁、S₂、…、S_m、…、S_n分别控制对应的电容C₁、C₂、…、C_m、…、C_n。当电力电子交流开关S₁开通时，电容C₁接入谐振电容组；当电力电子交流开关S₁关断时，电容C₁退出谐振电容组，通过电力电子交流开关S₁对电容C₁进行控制。同理，通过电力电子交流开关S₂、…、S_m、…、S_n分别对电容C₂、…、C_m、…、C_n进行控制。通过对所有电力电子交流开关S₁、S₂、…、S_m、…、S_n的控制完成对谐振电容组容值的控制与变换。

所述电力电子交流开关采用两个同型号金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET反向串联构成，且两管的栅极并联构成电力电子交流开关的控制端G，两管的源极串联构成公共端S，两管的漏极构成电力电子交流开关的两个外部电流端子D₁与D₂；当所述控制端和所述公共端两端施加正向驱动电压时，电力电子交流开关开通，外部电流端子D₁与D₂具备电流导通能力，当所述控制端和所述公共端两端不施加驱动电压或施加反向驱动电压时电力电子交流开关关断，外部电流端子D₁与D₂之前不再有电流流通。