多中继无线供电系统恒压输出频率点搜索方法与流程

1.本发明涉及磁感应取能技术，具体涉及一种多中继无线供电系统恒压输出频率点搜索方法。


背景技术：

2.无线电能传输技术利用电磁感应原理，以磁场作为能量传输载体，发射线圈产生的交变磁场在接收线圈内感应出电压，从而实现能量的无线传输。在某些应用场合需求下，无线电能的传输距离较远，传能线圈的尺寸参数也受到了限制，从而造成传统的两线圈传输系统因为效率问题而无法应用，此时需要加入中继线圈来增加无线电能的传输距离，即利用多中继无线供电系统来进行能量的传输。
3.在实际应用中，如手机电池、单片机等小功率设备都要求恒压供电。但当系统中的负载电阻发生变化时，系统的传输性能会发生明显的变化，造成输出电压和电流的波动，降低了系统的输出稳定性，从而影响实际设备的使用和寿命。


技术实现要素：

4.基于上述需求，本发明的目的在于寻找一个恒压工作频率点的方法来解决多中继无线供电系统恒压输出问题。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
6.一种多中继无线供电系统恒压输出频率点搜索方法，其关键在于，包括以下步骤：
7.s1：根据系统应用场景确定系统电路架构、输入电压、频率搜索范围和搜索步长；
8.s2：接入第一负载，在频率搜索范围按搜索步长改变系统工作频率，得出每个频率点的输出电压，绘制输出电压与系统工作频率的第一关系曲线；
9.s3：接入第二负载，在频率搜索范围按搜索步长改变系统工作频率，得出每个频率点的输出电压，绘制输出电压与系统工作频率的第二关系曲线；
10.s4：接入第三负载，在频率搜索范围按搜索步长改变系统工作频率，得出每个频率点的输出电压，绘制输出电压与系统工作频率的第三关系曲线；
11.s5：根据所述第一关系曲线、所述第二关系曲线和所述第三关系曲线寻找一个能同时满足不同负载电压需求的频率点作为系统的恒压输出工作频率点。
12.可选地，如果当前频率搜索范围内不存在能同时满足不同负载电压需求的频率点，则扩大频率搜索范围，重新按照步骤s1-s5搜索。
13.可选地，如果当前频率搜索范围内不存在能同时满足不同负载电压需求的频率点，则改变输入电压，重新按照步骤s1-s5搜索。
14.可选地，如果当前频率搜索范围内不存在能同时满足不同负载电压需求的频率点，则改变中继线圈数量，重新按照步骤s1-s5搜索。
15.可选地，步骤s5中根据所述第一关系曲线、所述第二关系曲线和所述第三关系曲线所形成的交点作为备选频率点，判断是否同时满足不同负载电压需求。
16.可选地，在当前频率点下，通过判断不同负载的输出电压均方差是否小于预设范围值来确定当前频率点是否作为系统的恒压输出工作频率点。
17.可选地，所述第一负载、所述第二负载和所述第三负载根据系统负载变化范围确定。
18.本发明的效果是：
19.本发明根据系统中负载变化需求，通过预先搜寻一个能够满足不同负载的恒压输出频率点来作为系统工作频率，从而在无需更改电路结构和线圈的尺寸参数的情况下达到恒压输出的目的，实施高效，便捷。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
21.图1为本发明具体实施例中多中继无线供电系统电路拓扑结构图；
22.图2为本发明具体实施例中多中继无线供电系统恒压输出频率点搜索方法的工作原理示意图；
23.图3为具体实施例中5线圈中继系统在3种负载情况下的曲线；
24.图4为具体实施例中5线圈中继系统在6种负载情况下的曲线；
25.图5为具体实施例中6线圈中继系统在3种负载情况下的曲线；
26.图6为具体实施例中6线圈中继系统在6种负载情况下的曲线。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
28.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
29.本实施例提供了一种多中继无线供电系统恒压输出频率点搜索方法，以图1所示应用场景为例，多中继无线供电系统发射端包括直流电源vdc，开关管s1-s4构成的全桥逆变器，发射线圈l1和发射端谐振电容c1构成的原边谐振电路，图中r1为原边发射线圈l1的等效内阻，多中继无线供电系统接收端包括接收线圈ln、接收端谐振电容cn、整流滤波电路和用电负载ri，发射端和接收端之间设置有多个中继谐振回路。
30.鉴于用电负载ri的变化，本发明通过采用频率搜索方法来实现系统在不同负载情况下的恒压输出，如图2所示，具体步骤如下：
31.s1：根据系统应用场景确定系统电路架构、输入电压v
in
、频率搜索范围[f
l
,fh]和搜索步长δf；
[0032]
s2：输入电压v
in
保持不变，接入第一负载r1，在频率搜索范围[f
l
,fh]内按搜索步长δf改变系统工作频率，得出每个频率点的输出电压以频率f为横坐标，输出电压为
纵坐标，绘制输出电压与系统工作频率的第一关系曲线，即曲线；
[0033]
s3：输入电压v
in
保持不变，接入第二负载r2，在频率搜索范围[f
l
,fh]内按搜索步长δf改变系统工作频率，得出每个频率点的输出电压以频率f为横坐标，输出电压为纵坐标，绘制输出电压与系统工作频率的第二关系曲线，即曲线；
[0034]
s4：输入电压v
in
保持不变，接入第三负载r3，在频率搜索范围[f
l
,fh]内按搜索步长δf改变系统工作频率，得出每个频率点的输出电压以频率f为横坐标，输出电压为纵坐标，绘制输出电压与系统工作频率的第三关系曲线，即曲线；
[0035]
s5：根据所述第一关系曲线、所述第二关系曲线和所述第三关系曲线寻找一个能同时满足不同负载电压需求的频率点作为系统的恒压输出工作频率点。
[0036]
本实施例中，根据不同负载ri作出的三条曲线，在同频率下，三个负载下的输出电压均方差小于一个值，则将对应的频率fc作为该多中继无线供电系统恒压输出的频率，如果不存在这样的频率，则扩大频率搜索范围，取[f
′
l
,f
′h](f
l
＞f
′
l
且fh＜f
′h)，重复步骤s1-s5，直至寻找出频率fc，结束工作。
[0037]
通过图2可以看出，可以将第一关系曲线、第二关系曲线和第三关系曲线所形成的交点作为备选频率点，判断是否同时满足不同负载电压需求，如果不满足需求的情况下，也可以通过改变输入电压或改变中继线圈数量的方式来调整输出电压的大小。
[0038]
具体实施时，第一负载、第二负载和第三负载可以根据系统负载变化范围确定，也可以直接选用可能接入的负载直接进行搜索。
[0039]
为了进一步理解本发明的效果，下面通过仿真实验做进一步说明：
[0040]
如图3-图6所示，其中图3为5线圈中继系统在3种负载情况下的曲线；图4为5线圈中继系统在6种负载情况下的曲线；图5为6线圈中继系统在6种负载情况下的曲线；图6为6线圈中继系统在6种负载情况下的曲线。
[0041]
通过图3可以看出，针对5线圈中继系统，在10ω、20ω、30ω这3种负载变化情况下通过频率搜索，可以发现，在180khz～220khz频率范围内，存在5个共同频率点，可以实现不同负载下输出相同的电压，因此可以根据负载用电需求，选择一个频率点作为系统的工作频率点，克服负载变化引起系统输出电压变化的问题。通过图4可以看出，针对5线圈中继系统，当系统电路架构和输入电压v
in
不发生改变情况下，即使在其它负载接入情况下，比如40ω、50ω、60ω这3种负载情况，前面所搜索的频点依然可以满足相应的要求，可以证明本发明的有效性和可行性。
[0042]
通过图5可以看出，针对6线圈中继系统，在10ω、20ω、30ω这3种负载变化情况下通过频率搜索，可以发现，在180khz～220khz频率范围内，也存在3个共同频率点，可以实现不同负载下输出相同的电压，因此可以根据负载用电需求，选择一个频率点作为系统的工作频率点，克服负载变化引起系统输出电压变化的问题。通过图6可以看出，针对6线圈中继系统，当系统电路架构和输入电压v
in
不发生改变情况下，即使在其它负载接入情况下，比如40ω、50ω、60ω这3种负载情况，前面所搜索的频点依然可以满足相应的要求，也可以证明本发明的有效性和可行性。
[0043]
通过图3和图5的对比也可以发现，不同的中继个数，其共同频率点的体现位置也
有所差别，因此也可以根据系统频率范围的约束，适当调整中继线圈的数量来满足对应频率范围内的共同频率点的寻找。
[0044]
综上可以看出，本发明提出的一种多中继无线供电系统恒压输出频率点搜索方法，根据系统中负载变化需求，通过预先搜寻一个能够满足不同负载的恒压输出频率点来作为系统工作频率，从而在无需更改电路结构和线圈的尺寸参数的情况下达到恒压输出的目的，上述方法实施高效，便捷。
[0045]
最后需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，这样的变换均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。