本技術涉及無線電能傳輸(wireless?power?transfer,wpt),尤其涉及基于開關電容的mc-wpt(磁耦合無線電能傳輸(magnetic?coupling?wireless?powertransfer)系統。
背景技術:
1、現有的對mc-wpt技術的研究多數都是將系統中的負載以及互感作為固定的參數。但是隨著mc-wpt技術的應用場景不斷增多,人們對該技術的需求也越來越多樣化。在很多的mc-wpt技術的實際應用中,例如最近幾年被人們所熟知的移動手機無線充電,因為每次充電時手機的放置位置會發生變化,并且由于手機會面臨更換保護殼,此時手機與供電裝置的距離也會發生變化,即mc-wpt系統的電能發射端與電能接收端之間的位置和距離不盡相同,導致供電系統的磁耦合電感發生變化,耦合線圈的漏感發生變化,互感參數無法確定。除此之外,該系統能量接收端的反射阻抗會隨著給定負載的變化而變化,這時原邊電路的總輸入阻抗也會隨之改變。原邊電路的總輸入阻抗的改變使得原邊電路的諧振頻率發生漂移,系統不再工作在全諧振狀態,進而影響到系統的傳輸效率。所以當負荷、互感等因素改變時,我們需要根據實際狀況,動態地調整發電側的控制方式,使之能夠滿足不同的電力調控要求(例如,實現最優的功率追蹤、穩壓輸出等)。同一個無線電能傳輸設備應具備合理調整輸出功率的功能,以實現不同設備,不同放置的多樣化需求。
2、然而現在大多數的研究都是把負載和互感作為已知的參數。但是這項技術已經被應用到越來越多的領域,且在部分的應用場景當中,負載和互感會發生變化。因此,關于負載和互感參數的識別方法亟待研究。而在互感與負載識別中,mc-wpt系統的構建是關鍵。
技術實現思路
1、本實用新型提供基于開關電容的mc-wpt系統,解決的技術問題在于:如何設計一種易于識別可變互感與負載參數的mc-wpt系統。
2、為解決以上技術問題,本實用新型提供一種基于開關電容的mc-wpt系統,包括發射端和接收端,所述發射端包括順序連接的直流電源、高頻逆變器、原邊補償網絡和發射線圈l2,所述接收端包括順序連接的接收線圈l3、副邊補償網絡、整流濾波電路和負載;其關鍵在于:
3、所述原邊補償網絡包括原邊補償電感l1、第一原邊補償電容c1、開關電容;所述原邊補償電感l1的一端連接所述高頻逆變器的一輸出端,所述原邊補償電感l1的另一端連接所述開關電容的一端、所述第一原邊補償電容c1的一端和所述發射線圈l2的一端,所述開關電容的另一端、所述第一原邊補償電容c1的另一端和所述發射線圈l2的另一端連接所述高頻逆變器的另一輸出端;
4、所述開關電容閉合時,接入第二原邊補償電容c3,當所述開關電容斷開時,移除所述第二原邊補償電容c3。
5、優選的,所述開關電容包括串聯的可控開關s和所述第二原邊補償電容c3,還包括連接所述可控開關s的控制器;所述可控開關s由兩個反向串聯的開關管組成;兩個開關管的發射極相連,集電極與所述控制器相連,所述控制器同時控制兩個開關管的關閉和斷開。
6、優選的,所述副邊補償網絡包括與所述接收線圈l3串聯的副邊補償電容c2。
7、優選的,當所述開關電容斷開時,mc-wpt系統的諧振頻率為ω1;所述開關電容閉合時,mc-wpt系統的諧振頻率為ω2。
8、優選的,當所述開關電容斷開時,系統的工作頻率設置為ω1;當所述開關電容閉合時,mc-wpt系統的工作頻率設置為ω2。
9、優選的,所述高頻逆變器由四個半導體開關組成。
10、優選的,所述整流濾波電路包括全橋整流器和濾波電路。
11、優選的,所述全橋整流器由四個二極管組成。
12、優選的,所述濾波電路采用濾波電容cf。
13、本實用新型提供的基于開關電容的mc-wpt系統,將固定容值的電容c1和c3并聯組成原邊補償網絡的諧振電容,在電容c3上串聯了可控開關s。通過控制器控制開關s的開通和關斷狀態,控制電容c3接入或者移出補償網絡,使得系統在兩種不同補償電容值的狀態下工作。由于主回路中補償電容的變化,系統工作在兩種不同的模態下,可以得到兩組不同的參數。結合阻抗方程和系統運行參數,建立互感和負載方程,最終實現互感和負載的識別。
1.基于開關電容的mc-wpt系統,包括發射端和接收端,所述發射端包括順序連接的直流電源、高頻逆變器、原邊補償網絡和發射線圈l2,所述接收端包括順序連接的接收線圈l3、副邊補償網絡、整流濾波電路和負載;其特征在于:
2.根據權利要求1所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:所述開關電容包括串聯的可控開關s和所述第二原邊補償電容c3,還包括連接所述可控開關s的控制器;所述可控開關s由兩個反向串聯的開關管組成;兩個開關管的發射極相連,集電極與所述控制器相連,所述控制器同時控制兩個開關管的關閉和斷開。
3.根據權利要求1所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:所述副邊補償網絡包括與所述接收線圈l3串聯的副邊補償電容c2。
4.根據權利要求1所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:當所述開關電容斷開時,mc-wpt系統的諧振頻率為ω1;所述開關電容閉合時,mc-wpt系統的諧振頻率為ω2。
5.根據權利要求4所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:當所述開關電容斷開時,系統的工作頻率設置為ω1;當所述開關電容閉合時,mc-wpt系統的工作頻率設置為ω2。
6.根據權利要求1所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:所述高頻逆變器由四個半導體開關組成。
7.根據權利要求1所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:所述整流濾波電路包括全橋整流器和濾波電路。
8.根據權利要求7所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:所述全橋整流器由四個二極管組成。
9.根據權利要求7所述的基于開關電容的mc-wpt系統,其特征在于:所述濾波電路采用濾波電容cf。