[发明专利]非接触电能传输控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及到非接触电能传输系统，特别涉及一种非接触电能传输系统的控制方法。

背景技术

在科技查新所查的文献范围内，国内只有两篇文献探讨了非接触电能传输系统中谐振控制方面的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于非接触电能传输的自适应谐振控制方法，解决因补偿电容的不同和负载的改变，使谐振电路的固有谐振频率发生偏移，导致传输功率和传输效率迅速降低等问题。

为了实现上述任务，本发明采取的技术解决方案如下：

该方法通过对非接触电能传输系统逆变机构的输出电压、电流的检测和计算得到相位差，输入到PI调节器和振荡环节对逆变器的驱动频率进行调整，经过一段暂态过程后，使得逆变输出电压、电流的相位差为零，从而实现电路的自适应谐振控制。

该控制系统主要由检测电路、相位补偿环节、鉴相器PD、环路滤波器LPF、PI调节器、压控振荡器VCO和驱动电路组成。检测电路检测得到非接触电能传输系统中感应耦合器原边电流，输入到相位补偿环节得到对检测电路造成的延时进行补偿后的原边电流信号，该原边电流信号与驱动电路发出的驱动信号同时输入到鉴相器PD，鉴相器PD得到与两输入信号的相位差θ对应的误差电压U_d(t)，经过环路滤波器LPF、PI调节器后得到变化的输出电压U_c(t)，将其输入到压控振荡器VCO；压控振荡器VCO的振荡频率随输入电压的变化而变化，并将频率变化信号提供给驱动电路，形成相应频率的驱动信号。经过一段暂态过程后，逆变器输出电压与原边输入电流的相位差为零，电路达到新的谐振状态。

本发明的有益效果是只需对逆变机构的输出电压和电流进行检测，保证了系统接收和发送机构的可分离性，并且自适应谐振控制功能全部由硬件电路实现，不需要复杂的控制算法。该技术不仅对负载变化具有自适应控制能力，而且对逆变输出后的所有元器件参数的变化都具有调节作用，从而保证系统始终工作在谐振状态，使输出功率和传输效率达到最大值，这对非接触电能传输技术的实际应用具有重要的意义。

附图说明

图1是基于锁相环的非接触电能传输系统的自适应谐振控制原理图。

图2是基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真模型图。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

如图1所示，图为基于锁相环的非接触电能传输系统的自适应谐振控制原理图。检测电路对原边线圈的电流信号进行检测并转换为符合控制电路标准的输入信号；相位补偿环节用于补偿检测电路造成的时间延迟；鉴相器将检测出的电流信号相位与压控振荡器输出信号的相位进行比较，产生对应于两信号相位差的误差电压U_d(t)；环路滤波器，一方面利用自身的低通特性，滤除误差电压U_d(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性；另一方面利用滤波电容的充放电，使压控振荡器VCO的输入电压发生变化，进而改变VCO的振荡频率；PI调节器，使控制系统具有良好的动态稳定性和较小的稳态误差；压控振荡器VCO的输出频率随PI调节器的输出电压U_c(t)的变化而变化。

逆变器工作在谐振状态时，谐振电路的电压与电流同相位，鉴相环输入为零，PI调节器的输出不变，压控振荡器振荡频率保持不变。当负载或其他环节发生变化时，将导致电压与电流相位差发生变化。此时，鉴相器将输入相位差θ转变为对应的误差电压U_d(t)，经过滤波环节和PI调节器后得到变化的输出电压U_c(t)，压控振荡器的振荡频率随输入电压的变化而变化，并将频率变化信号提供给驱动环节形成相应频率的驱动信号。经过一段暂态过程后，输入电压与电流的相位差为零，电路达到新的谐振状态。

根据上述分析，用MATLAB/SIMULINK搭建了仿真系统，如图2所示，仿真系统由桥式逆变电路、感应耦合器、单相桥式整流电路和基于锁相环的自适应谐振控制环节构成。