[发明专利]一种一对多无线电能传输系统及其控制方法

说明书

一种一对多无线电能传输系统及其控制方法，包括功率变换器、原边补偿电路、传输线圈、副边补偿电路组、整流电路、数据传输模块、无线数据传输模块和控制器；功率变换器、原边补偿电路、传输线圈、副边补偿电路组和整流电路依次连接，整流电路连接有负载，负载通过数据传输模块连接无线数据传输模块，无线数据传输模块连接控制器；控制器输出八路PWM信号，其中四路控制功率变换器，另外四路控制原边补偿电路。本发明利用磁耦合谐振技术，通过逆变器运行频率的切换实现同特定接收线圈的能量耦合，从而完成电能的选择性无线传输。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，特别涉及一种一对多无线电能传输系统及其控制方法。

背景技术

无线电能传输的概念很早就已经提出，多年的研究发展已经给这一研究领域带来了诸多成果。随着用电设备的种类和数量不断增多，多目标无线电能传输的需要也愈加明显。传统无线电能传输系统通常为一对一的能量传输，如果需要实现对多目标的选择性能量传输就必须增加原边的高频功率变换器和发射线圈及其补偿网络等相关电路或设备。这样一方面会显著增加系统的体积和成本，同时也增加了协同控制的复杂性，限制了多目标无线电能传输技术的应用。

现有的一对多无线电能传输系统多采用电容阵列的方式来实现补偿网络参数的调整，这种实现方式需要多个开关器件和电容器件进行组合，系统体积大，且仅能实现有限数量的运行点，无法实现电容值的连续调整，在实际应用过程中不利于系统参数的整定和系统运行中的动态调整。从而导致系统无法维持预计的恒流恒压输出特性，甚至降低系统的运行效率和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一对多无线电能传输系统及其控制方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种一对多无线电能传输系统，包括功率变换器、原边补偿电路、传输线圈、副边补偿电路组、整流电路、数据传输模块、无线数据传输模块和控制器；功率变换器、原边补偿电路、传输线圈、副边补偿电路组和整流电路依次连接，整流电路连接有负载，负载通过数据传输模块连接无线数据传输模块，无线数据传输模块连接控制器；控制器输出八路PWM信号，其中四路控制功率变换器，另外四路控制原边补偿电路。

进一步的，功率变换器包括四个功率开关器件，四个功率开关器件分为两组并联在外部电源上。

进一步的，原边补偿电路包括一个电感组件和两个电容组件；一个电感组件和两个电容组件构成的LCC结构电路，LCC结构电路连接在两组功率开关器件上；电容组件为开关电容电路。

进一步的，开关电容电路包括两个功率开关器件和一个电容器件，两个功率开关器件的源极相连，漏极分别与电容器件两端相连。

进一步的，控制器输出八路PWM信号，其中四路分别控制构成全桥逆变器的四个功率开关器件；另外四路分为两组，分别控制两组构成开关电容的功率开关器件。

进一步的，传输线圈包括发射线圈和若干接收线圈；发射线圈连接在两个电容组件上，若干接收线圈并排设置。

进一步的，副边补偿电路组为S结构补偿电路，包括若干个副边补偿电路，每个副边补偿电路包括一个副边电容组件；每个副边补偿电路对应一个接收线圈，不同接收线圈和其补偿电路的电容器对应的谐振频率不同。

进一步的，整流电路包括若干二极管整流桥和电容，二极管整流桥的个数和接收线圈个数相匹配，每个二极管整理桥后均并联有电容，形成全桥不控整流。

进一步的，一种一对多无线电能传输系统的控制方法，包括以下步骤：

确定各个接收线圈的谐振频率，控制器控制功率变换器工作在某一接收线圈的谐振频率，同时控制器控制原边补偿网络中的两组开关电容使其等效电容值满足特定阻抗要求，此时发射线圈与该接收线圈实现磁谐振耦合，实现电能的选择性传输；