[实用新型]一种用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线输电阻抗匹配领域，特别是涉及一种由处理器控制的自动阻抗匹配装置，适用于负载阻抗值随时间、位置或频率变化的无线输电装置。

背景技术

无线输电技术是一种利用无线电技术传输电力能量的技术，最早由尼古拉.特斯拉提出，与传统的电能传输方式相比，无线输电的过程中供电和用电之间不存在电的直接连接，避免了裸露的导体和接触火花，具有使用安全、方便等优点，因而其发展十分迅速。目前，无线输电技术主要有电磁感应式、电磁共振耦合式和电磁辐射式三种技术。电磁感应式传输距离近、效率低且需要补偿；电磁辐射式传输距离远，功率较大，但传输较远距离时需要高效整流天线和高方向性天线，其研究难度较大；电磁共振耦合式是对感应式的突破，可以在几米的范围内传输较大电能，并且效率较高，所以是现阶段无线输电领域的主要研究方向。为达到高效的输电目的，电磁共振耦合式系统中使用的频率必须谐振于由发射线圈、接收线圈及负载等组成的电路。但是，由于高频功率源的频率稳定度低、接收线圈位置变化等原因，使电路的阻抗不断变化，进而降低了输电效率。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，在负载阻抗变化的情况下，使输电效率基本保持不变。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，包括处理器单元、功率检测单元、开关阵单元、匹配网络单元、信息指示单元以及电源转换单元组成。其中处理器单元用于实现自动匹配算法，并协调控制系统各单元工作，是整个系统的核心单元；功率检测单元从传输通道分别提取正向传输功率与反向传输功率，并将结果提供给处理器单元，用于计算传输效率；开关阵单元和匹配网络单元受控于处理器单元，用于执行自动控制算法的运算结果，开关阵的开关状态直接控制匹配网络的阻抗元件，以达到源阻抗与负载阻抗动态匹配的目的。信息指示单元主要用于监视控制系统的工作状态；电压转换单元为整个控制系统提供直流功率。

进一步的，本实用新型的用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，所述控制器单元由单片机、复位电路以及相应的外围电路组成，单片机中运行的自动匹配算法是最速下降法，这种算法能快速的使匹配网络的阻抗值收敛，进而提高控制系统的执行效率。

进一步的，本实用新型的用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，所述功率检测单元由一个具有高方向性的定向耦合器、两个检波电路组成。其中定向耦合器具有较高的方向性，使检测误差≤0.1％。

进一步的，本实用新型的用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，所述开关阵单元由24个开关和3个锁存器组成；每1个锁存器和8个开关为一组，共分为3组；开关由光耦、稳压二极管以及MOS管构成。

进一步的，本实用新型的用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，所述匹配网络单元由并联电容阵、串联电容阵、电感线圈以及继电器组成。处理器单元通过开关阵控制匹配网络中的继电器，按程序选通或关闭电感线圈和电容阵中的电容，以达到改变源阻抗的目的。其中继电器为大功率继电器，使匹配网络能承受较大的工作电流。

进一步的，本实用新型的用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，所述信息指示单元由受控于处理器的发光二极管以及LED数码管组成。

进一步的，本实用新型的用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统，所述电源转换单元由2个电压转换模块组成，分别提供5V和3.3V电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型中的自动匹配控制模块实时地检测输电效率，经过处理器单元的处理后，自动改变匹配网络中的元件值，使源阻抗和负载阻抗达到动态匹配，解决了由于失配引起的输电效率下降，完成自动阻抗匹配工作。

(2)处理器单元实现的自动匹配算法具有较快收敛的优点，能实时的检测并改变匹配网络阻抗值，提高控制器的处理速度。

(3)在匹配网络单元中，采用的继电器为大功率继电器，使系统能够传输较大功率的电能。

附图说明

附图为“用于大功率无线输电装置的自动阻抗匹配控制系统”功能框图。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型进一步说明。