[发明专利]双通道无线电能传输系统及其能量与信号同步传输方法

摘要

本发明公开了一种双通道无线电能传输系统及其能量与信号同步传输方法，其特征是，包括直流电源、高频逆变器、基波能量传输通路、谐波能量传输通路、原边控制单元、单相串联二重联结整流电路和负载模块；所述直流电源与高频逆变器的输入端相连接；所述基波能量传输通路的输出端和谐波能量传输通路的输出端分别与单相串联二重联结整流电路的输入端连接；所述单相串联二重联结整流电路的输出端与负载相连接；所述原边控制单元的输出端与高频逆变器相连接。本发明所达到的有益效果：本系统在不影响系统谐振的前提下，实现了在较高效率下的能量与信号同步传输，同时还具备在信号传输过程中系统输出电压与负载无关的稳定无波动特性。

主权项

1.一种双通道无线电能传输系统，包括直流电源、高频逆变器、基波能量传输通路、谐波能量传输通路、原边控制单元、单相串联二重联结整流电路和负载模块；所述直流电源与高频逆变器的输入端相连接；所述高频逆变器的输出端分别与基波能量传输通路的输入端、谐波能量传输通路的输入端相连接；所述基波能量传输通路的输出端和谐波能量传输通路的输出端分别与单相串联二重联结整流电路的输入端连接；所述单相串联二重联结整流电路的输出端与负载相连接；所述原边控制单元的输出端与高频逆变器相连接，其特征是，所述基波能量传输通路由基波线圈、基波补偿电容、基波电容、基波原边发射线圈及其内阻、副边基波拾取线圈和副边基波补偿电容组成，构成LCCL‑S谐振补偿网络；所述基波原边发射线圈和副边基波拾取线圈之间采用松耦合磁路机构实现无线电能传输；当系统基波工作在频率ω处，基波原边发射线圈和基波补偿电容处于谐振状态，使得基波能量发射线圈电流恒定，基波能量拾取线圈和副边基波补偿电容满足谐振关系，ω为系统高频逆变器输出方波频率；所述谐波能量传输通路由谐波线圈、谐波补偿电容、谐波电容、谐波原边发射线圈及其内阻、副边谐波拾取线圈和副边谐波补偿电容组成，构成LCCL谐振补偿网络；所述谐波原边发射线圈和副边谐波拾取线圈之间采用松耦合磁路机构实现无线电能传输；当系统谐波工作在频率nω处，n选取大于2的奇数；谐波原边发射线圈和谐波补偿电容处于谐振状态，使得谐波能量发射线圈电流恒定，谐波能量拾取线圈和副边谐波补偿电容满足谐振关系；在系统正常输出电能时，根据谐波分离与复用磁耦合谐振无线电能传输系统输出电压与逆变电路移相角之间的关系曲线，通过改变基波能量通路和谐波能量通路功率分配与控制，将输出电压控制在基波‑谐波双通道并行感应式能量传输极大值与极小值之间，并形成信号调制方案；然后检测副边基波拾取电压和谐波拾取电压对传输信号进行解调，实现基波‑谐波感应耦合电能传输系统中的能量与信号的同步传输；具体步骤如下：(1)根据谐波分离与复用磁耦合谐振无线电能传输系统输出电压U_L与逆变器移相角α之间的关系曲线求出基波‑谐波双通路并行传能时输出电压的极大值U_max和极小值U_min；(2)根据步骤1)的结果，在基波‑谐波共同作用时的系统输出电压U_L为两通路单独作用时的叠加效果，且在U_max和U_min区间内系统存在三个移相角α₁,α₂,α₃可使系统的输出电压U_L保持不变；计算三个移相角α₁,α₂,α₃，其中u₁,u₂,v₁,v₂,ε₁,ε₂均可通过计算获得：式中γ＝U_L/U_in且i表示虚数单位，U_in为直流电压，ξ₁和ξ₂分别是基波能量传输通路与谐波能量传输通路的比例因子，γ_max与γ_min分别为实现能量与信号同步传输功能系统电压增益的最大值和最小值；a是常数；(3)选择移相角α₂作为选择信号0，选择移相角α₃作为选择信号1，利用高频逆变器在两个移相角之间的不断切换实现信号的调制：当系统需要传递信号“0”时，原边控制单元输出移相角为α₂的PWM波来对高频逆变器进行驱动；当系统需要传递信号“1”时，原边控制单元输出移相角为α₃的PWM波来对高频逆变器进行驱动；(4)当系统信号传递完成后，利用信号调解电路检测滤波电容C₁和C₂两端的电压大小，在处理器中将信号进行解调从而完成基波‑谐波双通路并行感应式无线电能传输系统的能量与信号同步传输。