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专利号: 2021104393550
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种最大效率点跟踪相控电容谐振适应无线充电系统,其特征在于,包括:

直流BUCK转换模块(1)、逆变模块(4)、相控电容调谐模块(6)、发射端谐振线圈(L2)、接收端谐振线圈(L3)、整流模块(3)、直流BOOST转换模块(2)、微处理器(7)、第一Mosfet开关S1、第二Mosfet开关S2、第三Mosfet开关S3、第四Mosfet开关S4、第五Mosfet开关S5、第六Mosfet开关S6、第七Mosfet开关S7、第八Mosfet开关S0;第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6;第一电感L1、发射端谐振线圈(L2)、接收端谐振线圈(L3)、第四电感L4;第一电容C1、第二电容Ce、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容Cu;

所述的直流BUCK转换模块(1)、逆变模块(4)、相控电容调谐模块(6)、发射端谐振线圈(L2)通过有线方式依次串联连接;所述发射端谐振线圈(L2)与所述接收端谐振线圈(L3)通过无线电磁感应方式连接;所述的接收端谐振线圈(L3)、整流模块(3)、直流BOOST转换模块(2)过有线方式依次串联连接;所述微处理器(7)分别与所述的直流BUCK转换模块(1)、相控电容调谐模块(6)、直流BOOST转换模块(2)通过有线方式依次连接;

所述的直流BUCK转换模块(1)包含:第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1;

所述的第一二极管D1、第一电感L1串联后与所述第一电容C1并联;

所述的逆变模块(4)包含第一Mosfet开关S1、第二Mosfet开关S2、第三Mosfet开关S3、第四Mosfet开关S4;

所述第一Mosfet开关S1与所述第二Mosfet开关S2串联,所述第三Mosfet开关S3与所述第四Mosfet开关S4串联,所述第一Mosfet开关S1与所述第二Mosfet开关S2串联的电路和所述第三Mosfet开关S3与所述第四Mosfet开关S4串联的电路并联;

所述的相控电容调谐模块(6)包含:第五Mosfet开关S5、第六Mosfet开关S6、第五二极管D5、第六二极管D6、第二电容Ce、第六电容Cu;

所述第五二极管D5与所述第五Mosfet开关S5并联,所述第六二极管D6与所述第六Mosfet开关S6并联,所述第五二极管D5与所述第五Mosfet开关S5并联的电路与所述第六二极管D6与所述第六Mosfet开关S6并联的电路和第二电容Ce串联所得的电路再和第六电容Cu并联;

所述的整流模块(3)包含第二二极管D2、第三二极管D3,将交流电整流为直流电;

所述的直流BOOST转换模块(2)包含第四电容C4、第四电感L4、第七Mosfet开关S7;第四电容C4和第四电感L4串联后与第七Mosfet开关S7并联;

所述微处理器控制所述的第一Mosfet开关S1、第二Mosfet开关S2、第三Mosfet开关S3、第四Mosfet开关S4、第五Mosfet开关S5、第六Mosfet开关S6、第七Mosfet开关S7、第八Mosfet开关S0的开通和关断;

所述直流BUCK转换模块(1)根据所述微处理器(7)的控制,根据输入直流电源的电压转换比调节输入直流电源的电压幅度得到电压调整后直流电源,将输出至所述逆变模块(4);

所述逆变模块(4)将电压调整后直流电源通过逆变得到交流电源,将交流电源输出至所述相控电容调谐模块(6);

所述相控电容调谐模块(6)根据所述微处理器(7)的控制得到可变的输出电容,用于对谐振电容进行补偿,得到电容补偿后交流电源;

所述发射端谐振线圈(L2)将电容补偿后交流电源无线传输至所述接收端谐振线圈;

所述接收端谐振线圈(L3)将电容补偿后交流电源通过所述整流模块(3)整流为负载端直流电源,将负载端直流电源输出至所述直流BOOST转换模块(2);

所述直流BOOST转换模块(2)根据所述微处理器(7)结合负载转换比的控制调节负载端直流电源的电压幅度得到电压调整后负载端直流电源,将电压调整后负载端直流电源输出至负载;

所述直流BUCK转换模块(1),将输入直流电源的电压幅度通过DC/DC进行线性调节得到电压调整后直流电源;

所述输入直流电源的电压转换比为:

Cinput=VO/Vin

其中,VO是所述直流BUCK转换模块(1)输出的电压调整后直流电源电压;Vin是所述直流BUCK转换模块(1)输入的直流电源的电压;

所述直流BOOST转换模块(2),其作用是根据所述微处理器(7)的控制调节负载端直流电源的电压幅度得到电压调整后负载端直流电源;

所述负载转换比为:

Cload=Rin/RL

其中,Cload表示控制变量,Rin是所述直流BOOST转换模块(2)的等效输入电阻,RL是负载电阻;

输入到所述逆变模块(4)的电压调整后直流电源与所述整流模块输出到所述直流BOOST转换模块(2)的负载端直流电源的电压的电压增益,与所述负载转换比存在一定比例关系,通过控制所述负载转换比来控制电压调整后负载端直流电源的电压;

所述相控电容调谐模块(6),该电路的作用是使发射端谐振线圈(L2)和接收端谐振线圈(L3)的谐振频率相同,以达到更高的效率;

所述相控电容调谐模块(6)由与第二电容Ce、与第二电容Ce反向串联的两个MOS开关管、和第六电容Cu组成;

工作时,当逆变电路中的第一Mosfet开关S1,第四Mosfet开关S4导通,第二Mosfet开关S2,第三Mosfet开关S3关断时,电流由B端流出,经C端流向A端,此时,由于第五二极管D5正向导通,第二电容Ce的充放电完全由第六Mosfet开关S6控制;同理,当第二Mosfet开关S2,第三Mosfet开关S3导通,第一Mosfet开关S1,第四Mosfet开关S4关断时,电流由A端流出,经C端流向B端,这时由于第六二极管D6正向导通,第二电容Ce的充放电完全由第五Mosfet开关S5控制;

通过控制第五Mosfet开关S5,第六Mosfet开关S6的开通和关断时间,来控制第二电容Ce充放电,从而等效生成一个可变电容,用此可变电容对谐振第六电容Cu进行补偿,维持电路的谐振,来匹配原副边的频率;

微处理器控制开关器件的关断来改变电路状态;

在发射端谐振线圈(L2)和接收端谐振线圈(L3)加上DC/DC电路来分别控制输入电压转换比和负载电路转换比以实现在输出恒定电压的同时达到比较高的效率,然后在发射端谐振线圈(L2)加上所述相控电容调谐模块(6),以实现传输效率的最大化,减少电能的浪费。