一种恒功率无线电能传输系统的制作方法

1.本实用新型属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种恒功率无线电能传输系统。


背景技术：

2.自2007年麻省理工大学利用磁耦合谐振原理将相隔两米多的一盏灯点亮，就引起了越来越多的国内外研究学者对mcrwpt关注。目前针对mcrwpt的研究主要集中在线圈结构、补偿电路以及传输特性等方面。针对恒定传输特性的研究主要是恒电流输出和恒电压输出，而对恒功率输出的研究较少。
3.目前无线电能传输系统功率的研究主要针对过耦合区域下的频率分裂以及失谐状态下的输出功率降低这两方面。在某些特定应用中，例如电动汽车的恒功率充电，需要输出功率恒定传输，但随着电能的传输，电池电阻值会发生变化，从而导致输出功率发生变化。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种恒功率无线电能传输系统，解决现有技术中随着电能的传输，电池电阻值会发生变化，从而导致输出功率发生变化的技术问题。
5.本实用新型公开了一种恒功率无线电能传输系统，包括发射端、接收端和控制端；
6.所述发射端包括buckboost电路、逆变电路、补偿网络和发射线圈；
7.所述buckboost电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与所述补偿网络输入端连接，所述补偿网络输入端与所述发射线圈输入端连接；
8.所述接收端包括接收线圈、补偿网络、整流电路和负载；
9.所述控制端包括检测电路、pi控制电路及占空比调节电路；
10.所述控制端控制所述发射端。
11.进一步的，所述发射线圈的输出端连接有接收端和控制端。
12.进一步的，所述发射线圈的输出端与所述检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与所述pi控制电路的输入端连接，所述pi控制电路的输出端连接有调节电路的输入端，所述调节电路的输出端与所述buckboost电路输入端连接。
13.进一步的，所述发射线圈的输出输入端与所述接收线圈的输出输入端连接，所述接收线圈的输出端与所述补偿网络的输入端连接，所述补偿网络的输出端与所述整流电路的输出端连接，所述整流电路的输出端与所述负载的输入端连接。
14.本实用新型的有益效果为：
15.1.能够有效使输出功率稳定在规定值的某一范围内，且误差小于5％；
16.2.当负载电阻发生突变时，输出功率会发生波动，但其波动幅度小于1％，且在1ms之后又将恢复稳定。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本实用新型传输系统电路图；
19.图2为本实用新型接收端和发射端的电压电流波形图；
20.图3为本实用新型输出功率p
o
随着负载电阻r
l0
变化的曲线图；
21.图4为本实用新型r
l0
为5ω时输出功率静态的对比波形图；
22.图5为本实用新型r
l0
为26ω时输出功率静态的对比波形图；
23.图6为本实用新型在t＝5ms时负载r
l0
从5ω突变到26ω输出功率动态的波形图。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和展示的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.实施例1
30.本实用新型的实施方式提供了一种恒功率无线电能传输系统，具体结构如图1所示，包括发射端、接收端和控制端；
31.所述发射端包括buckboost电路、逆变电路、补偿网络和发射线圈；
32.所述buckboost电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输
出端与所述补偿网络输入端连接，所述补偿网络输入端与所述发射线圈输入端连接；
33.所述接收端包括接收线圈、补偿网络、整流电路和负载；
34.所述控制端包括检测电路、pi控制电路及占空比调节电路；
35.所述控制端控制所述发射端；
36.所述发射线圈的输出端与所述检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与所述pi控制电路的输入端连接，所述pi控制电路的输出端连接有调节电路的输入端，所述调节电路的输出端与所述buckboost电路输入端连接；
37.所述发射线圈的输出输入端与所述接收线圈的输出输入端连接，所述接收线圈的输出端与所述补偿网络的输入端连接，所述补偿网络的输出端与所述整流电路的输出端连接，所述整流电路的输出端与所述负载的输入端连接。
38.工作原理：当负载电阻值发生变化时，为了使输出功率恒定，可动态实时调节发射端电压值——在直流电压源与逆变电路之间接入buckboost电路，并采用pwm调节buckboost开关管的占空比，从而调节直流电源大小，再经过逆变电路接入发射端，从而实现u1连续可调。
39.仿真验证
40.仿真参数设计，在matlab/simulink搭建仿真模型，文中要求系统频率为100khz，输出功率稳定在1kw左右，在电能传输过程中改变负载电阻r
l
的值为：5ω、8ω、11ω、14ω、17ω、20ω、23ω和26ω并观察当负载电阻r
l
变化时输出功率p
o
的变化。仿真参数如表1所示:
41.表1系统仿真参数
[0042][0043]
根据系统参数可以得出谐振频率即在该设定的参数下系统两端处于谐振状态，此时输出功率最大且只与负载电阻和发射端电压值有关。
[0044]
仿真结果分析
[0045]
从图2所示的接收端和发射端的电压电流波形可以看出，两端电压电流同相，即在该设定的参数下，系统处于谐振状态。图3为输出功率p
o
随着负载电阻r
l0
变化的曲线，可以
看出未加控制时输出功率p
o
随着负载电阻r
l0
的增大而增大，加入pi控制回路时功率可以很好稳定在1kw，且误差小于5％
[0046]
图4和图5为当r
l0
分别为5ω和26ω时，输出功率静态的对比波形，可以看出加入控制回路之后，输出功率能够很好稳定在1kw。且加入控制回路之后，输出功率在2ms之后即可达到稳定状态，而未加控制回路时，负载阻值越大需要稳定时间越长，当r
l0
为26ω时，稳定时间需要5ms。
[0047]
图6为在t＝5ms时，负载r
l0
从5ω突变到26ω，输出功率动态的波形。可以看出加入控制回路之后，输出功率能够很好稳定在1kw。且加入控制回路之后，输出功率在1ms之后即可重新达到稳定状态，稳定在1kw。而未加控制回路时，输出功率将随着负载的突变而突变。
[0048]
从仿真结果来看，输出功率关于负载电阻的变化较为敏感，但通过所提出的控制策略能够有效将输出功率控制在规定范围之内，这与理论分析一致。同时通过仿真验证也证实了文中提出的控制方法的有效性。
[0049]
本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。