[发明专利]无线输电阻抗匹配及电压调节电路

说明书

本发明提供一种无线输电阻抗匹配及电压调节电路，包括原边控制单元和副边控制单元；其中所述原边控制单元包括相互连接的正极输入端和负极输入端，所述正极输入端和所述负极输入端连接电源Vin；第一补偿电容C_p与第一谐振线圈L_p连接在所述正极输入端和所述负极输入端之间；所述副边控制单元包括相互连接的输出端正极和输出端负极；第二补偿电容C_S与第二谐振线圈L_S连接在所述输出端正极和所述输出端负极之间。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：(1)集成有阻抗匹配和电压调节功能，能够追踪系统的最优效率；(2)原副边无需通信、控制容易；(3)结构紧凑，无需额外的DC‑DC调压和阻抗匹配电路，节约成本。

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域的效率优化，特别是一种无线输电阻抗匹配及电压调节电路。

背景技术

无线电能传输技术的原理是电磁感应，通过耦合线圈间的磁场传递能量，能够避免有线连接引起的火花和触电危险，能够适应复杂的环境，并且具有极强的便捷性，因此在科研和工业领域都引起了极大的关注，并生产出了如无线充电手机、机器人，甚至是无线充电的电动汽车。

无线输电有两个比较重要的指标：传输功率和传输效率。高频系统(1兆赫兹以上)侧重于接收功率的提高，相应的提出了最大功率跟踪法；而频率较低的系统(10-100千赫兹)需要传输较大的功率，为了避免较大的功率损耗，因此需要保证较高的效率，相应的提出了最大效率跟踪法。虽然这两种方法的目标不同，但是都是基于阻抗匹配实现的。

常用的阻抗匹配的方法包括两大类：前级增加无源电路和保证副边的等效阻抗不变。无源电路主要是在前级增加电容阵列或者LC电路，确保输入端的等效阻抗不变，这种拓扑通常需要大量的电容、开关和控制器，因此会增大系统的体积、降低系统的可靠性；确保副边反射到原边的阻抗保持在最优的值主要有三种实现方式：第一种方式是变频，由于涉及调谐网络，控制很复杂且可能会造成效率下降；第二种方式是调整互感，但是如果系统参数改变的话阻抗不匹配的情况还是存在；第三种是负载变换，这种方式具有较强的操作性，当前很受欢迎。

经过对现有文献的检索发现，《Maximum energy efficiency tracking forwireless power transfer systems》和《Analysis and tracking of optimal load inwireless power transfer systems》等文章提出利用两级的Buck-Boost电路来分别实现阻抗匹配和电压，但是由于系统级联电路太多会导致整体效率下降，比如Buck和Boost电路的效率为97％(已经足够高了)，那么这两级的损耗就已经高达6％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑的、能够实现阻抗匹配和输出电压调节的无线输电阻抗匹配及电压调节电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无线输电阻抗匹配及电压调节电路，包括原边控制单元和副边控制单元；其中

所述原边控制单元包括相互连接的正极输入端和负极输入端，所述正极输入端和所述负极输入端连接电源Vin；

第一补偿电容C_p与第一谐振线圈L_p连接在所述正极输入端和所述负极输入端之间；

所述副边控制单元包括相互连接的输出端正极和输出端负极；

第二补偿电容C_S与第二谐振线圈L_S连接在所述输出端正极和所述输出端负极之间。

优选地，所述正极输入端包括：

第一场效应管S1，所述第一场效应管S1的漏极与所述电源Vin的正极连接；

第三场效应管S3，所述第三场效应管S3的漏极与所述电源Vin的正极连接。