一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統的制作方法

本發明涉及多設備無線充電系統，特別涉及一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統。

背景技術：

1、無線電能傳輸（wireless?power?transfer，wpt）技術近年來在中低功率電子設備充電應用中逐漸受到熱捧。其中，磁耦合諧振式無線電能傳輸（magnetic?coupledresonant?wireless?power?transfer，mcr-wpt）系統因較其他類型wpt系統傳輸距離更長，傳輸功率和安全性更高等優點，成為wpt技術的主要發展方向之一。mcr-wpt系統結構主要包括交變電源、諧振拓撲電路、發射線圈與接收線圈、整流器、濾波器和負載。

2、傳統的多設備無線充電系統一般采用多組發射線圈，并與多臺待充電設備的接收線圈一一對應進行無線充電，其本質上為多組無線充電系統。在分布式傳感器等場景中，需要耗費更多成本、人力進行一一對應裝配，適用性差；而且多組發射線圈采用單一工作頻率同時工作，若安裝距離比較近，各組發射線圈之間會相互電磁干擾，降低效率，嚴重時會影響充電功能的實現。

技術實現思路

1、本發明的目的在于克服現有技術所存在的問題，提供一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，其成本較低，且可避免多組發射線圈之間相互電磁干擾的問題。

2、本發明的目的通過下述技術方案實現：

3、一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，包括功率電路和控制電路；所述功率電路包括依次連接的直流電源，并聯全橋逆變模塊，多個信號耦合變壓器及對應的補償電容，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路，多個功率調節電路，多個整流電路，多個濾波電路，以及多個負載；所述控制電路包括電壓采樣調理電路，電流采樣調理電路，發射端柵極驅動器，接收端柵極驅動器，發射端mcu系統，以及接收端mcu系統；

4、所述并聯全橋逆變模塊包括輸入端共用所述直流電源而工作頻率各不相同的多個全橋逆變器，各所述信號耦合變壓器的輸入端分別對應連接各所述全橋逆變器的輸出端，各所述信號耦合變壓器的輸出端與對應的補償電容串聯后再分別進行并聯，形成各所述信號耦合變壓器的并聯輸出端；所述磁耦合諧振式無線電能傳輸電路包括發射端多頻諧振拓撲網絡，發射線圈，多個接收線圈，以及多個接收端補償電容；所述發射端多頻諧振拓撲網絡的輸入端連接各所述信號耦合變壓器的并聯輸出端，所述發射端多頻諧振拓撲網絡的輸出端連接所述發射線圈，所述發射線圈和多個所述接收線圈構成單發射線圈-多接收線圈式互感耦合線圈，各所述接收線圈分別依次連接相應的所述接收端補償電容、所述功率調節電路、所述整流電路、所述濾波電路和所述負載；

5、所述電壓采樣調理電路的多個輸入端分別并聯于各所述負載的兩端，所述電流采樣調理電路的多個輸入端分別串聯各所述負載，所述電壓采樣調理電路和所述電流采樣調理電路的輸出端分別連接所述接收端mcu系統的模擬-數字轉換器接口；所述發射端柵極驅動器和所述接收端柵極驅動器的輸入端分別對應連接所述發射端mcu系統和所述接收端mcu系統的增強脈沖寬度調制模塊接口，所述發射端柵極驅動器的輸出端分別連接各所述全橋逆變器的控制輸入端，所述接收端柵極驅動器的輸出端分別連接各所述功率調節電路的控制輸入端。

6、進一步地，各所述功率調節電路均包括相互連接的定值電感和相控電容電路，通過所述控制電路調節各所述相控電容電路的等效容值，以實現各所述負載輸出恒壓控制與輸出功率調節。

7、進一步地，所述發射端mcu系統包括控制芯片及其外設，根據各所述全橋逆變器不同的開關頻率，通過其增強脈沖寬度調制模塊向所述發射端柵極驅動器輸出脈沖寬度調制信號，實現對所述并聯全橋逆變模塊的間接控制。

8、進一步地，所述接收端mcu系統包括控制芯片及其外設，通過雙閉環型控制程序對模擬-數字轉換器接口輸入的電壓采樣信號和電流采樣信號進行處理，進而控制其增強脈沖寬度調制模塊向所述接收端柵極驅動器輸出脈沖寬度調制信號，實現對所述功率調節電路的間接控制。

9、進一步地，所述接收端mcu系統的雙閉環型控制程序由電壓外環和電流內環組成，其中電壓外環根據電壓參考值對發生突變的負載電壓采樣值進行處理，電流內環根據電壓外環的輸出值對負載電流采樣值進行處理，并輸出到增強脈沖寬度調制模塊。

10、采用上述技術方案后，本發明的多設備恒壓無線充電系統，采用多組逆變器產生多組不同工作頻率的高頻電能，并通過單組發射線圈同時為多臺設備進行無線充電，不需要采用多組發射線圈，成本較低，而且可以有效避免發射線圈間、發射線圈與非目標待充電設備接收線圈之間相關的相互干擾，靈活性更高；采用多組不同工作頻率，更為靈活，避免誤充。

11、進一步地，本發明中，在待充電設備端，采用相控電容進行功率調節，不需要與發射線圈進行通訊，避免通訊延遲帶來的控制精度下降問題；在分布式傳感器等場景中，安裝更為靈活，只需要滿足設定的三維空間范圍內裝配就行，無嚴格位置限制。

12、進一步地，本發明中，將雙閉環型控制程序應用到高頻高功率無線電能傳輸系統中，可有效應對以充電設備掉線、接入為代表的負載跳變工況導致的輸出電壓跳變現象，有效提升系統功率電路的穩定性與魯棒性，延長充電設備的使用壽命。

技術特征：

1.一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，其特征在于：包括功率電路和控制電路；所述功率電路包括依次連接的直流電源，并聯全橋逆變模塊，多個信號耦合變壓器及對應的補償電容，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路，多個功率調節電路，多個整流電路，多個濾波電路，以及多個負載；所述控制電路包括電壓采樣調理電路，電流采樣調理電路，發射端柵極驅動器，接收端柵極驅動器，發射端mcu系統，以及接收端mcu系統；

2.根據權利要求1所述的一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，其特征在于：各所述功率調節電路均包括相互連接的定值電感和相控電容電路，通過所述控制電路調節各所述相控電容電路的等效容值，以實現各所述負載輸出恒壓控制與輸出功率調節。

3.根據權利要求1所述的一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，其特征在于：所述發射端mcu系統包括控制芯片及其外設，根據各所述全橋逆變器不同的開關頻率，通過其增強脈沖寬度調制模塊向所述發射端柵極驅動器輸出脈沖寬度調制信號，實現對所述并聯全橋逆變模塊的間接控制。

4.根據權利要求1所述的一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，其特征在于：所述接收端mcu系統包括控制芯片及其外設，通過雙閉環型控制程序對模擬-數字轉換器接口輸入的電壓采樣信號和電流采樣信號進行處理，進而控制其增強脈沖寬度調制模塊向所述接收端柵極驅動器輸出脈沖寬度調制信號，實現對所述功率調節電路的間接控制。

5.根據權利要求4所述的一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，其特征在于：所述接收端mcu系統的雙閉環型控制程序由電壓外環和電流內環組成，其中電壓外環根據電壓參考值對發生突變的負載電壓采樣值進行處理，電流內環根據電壓外環的輸出值對負載電流采樣值進行處理，并輸出到增強脈沖寬度調制模塊。

技術總結
本發明涉及多設備無線充電系統，具體公開了一種可調節輸出功率的多設備恒壓無線充電系統，其包括功率電路和控制電路，功率電路包括依次連接的直流電源，并聯全橋逆變器，信號耦合變壓器及對應補償電容，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路，功率調節電路，整流電路，濾波電路，以及負載，控制電路包括電壓采樣調理電路，電流采樣調理電路，發射端柵極驅動器，接收端柵極驅動器，發射端MCU系統，以及接收端MCU系統。本發明中，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路采用多組逆變器產生多組不同工作頻率的高頻電能，并通過單組發射線圈同時為多臺設備進行無線充電。本發明的無線充電系統成本較低，且可避免多組發射線圈之間相互電磁干擾的問題。

技術研發人員：黃東曉,汪鳳翔,洪澤全,林賢宏
受保護的技術使用者：泉州裝備制造研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21