[发明专利]一种无线充电系统及其共振补偿分流方法

说明书

本发明公开了一种无线充电系统及其共振补偿分流方法，所述无线充电系统包括发射端、LC谐振耦合电路、接收端以及频率跟踪装置，所述频率跟踪装置包括依次串联的高频电流检测电路、相位电压补偿电路、锁相环以及驱动电路。本发明通过电流互感器检测到发射回路的电感量发生变化时，频率跟踪装置根据驱动回路中的电流和电压的相位差进行补偿，控制驱动电路自动调整发射端的输出电压，提高无线充电系统的传输效率。

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种无线充电系统及其共振补偿分流方法。

背景技术

共振式无线电能传输概念，由特斯拉于100多年前提出。随着近年来电力电子技术的不断发展，无线充电装置其成本不断降低，充电效率已和接触式充电相当。由于无线充电其便捷性和安全性，使得相关市场迅猛发展。低功率的无线充电设备，已经开始在移动便携设备、植入式医疗器械等领域推广，该领域电能传输功率根据具体应用从几毫瓦到几十瓦不等。在大功率无线充电，电能传输功率可达千瓦级别，由于其技术难度的增大，发展缓慢。

大功率无线充电，目前主要应用于对微型电器的负载电池充电，但存在无线电能传输的续航里程短，成本高昂等问题，这将严重限制未来微型电器的销量。

目前，无线电能传输，是将能量通过一对存在耦合的线圈进行传递。由于线圈之间存在较大间隙，发射线圈和接收线圈之间为松散耦合，其耦合系数小，漏感很大。为了提高传输效率，并降低电力电子变换器的容量，通常使用增加电容来抵消线圈漏感的方式，并让增加电容后的接收线圈和发射线圈方法工作在共振状态下。然而，已有的电容补偿方式，在应用于大功率无线电能传输时，存在以下几个瓶颈：第一是传输功率小，第二是传输效率较低，第三是谐振频率点随工作状态不停变化造成操作控制的复杂。

因此，现有技术有待于改进和发展。

发明内容

基于此，有必要针对目前无线电能传输的传输效率低且操作复杂的问题，提供一种无线充电系统及其共振补偿分流方法，旨在当驱动回路中电流与电压之间存在相位差时，由锁相环输出一定的控制电压使得发射频率跟随LC谐振耦合频率变化，实现谐振一致，提高传输效率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明提供一种无线充电系统，所述无线充电系统包括：

发射端、无线电能传输装置、接收端以及频率跟踪控制装置；

所述发射端包括用于供电的直流电源及与直流电源两端连接的高频谐振逆变器；

所述无线电能传输装置包括用于传递电能的LC谐振耦合电路；

所述接收端包括至少一个用于接收无线电能的终端；

所述频率跟踪控制装置包括依次串联的高频电流检测电路、相位电压补偿电路、锁相环锁相控制电路以及驱动电路；

所述发射端、所述无线电能传输装置以及所述接收端依次连接；所述频率跟踪控制装置分别连接发射端与所述无线电能传输装置；

高频电流检测电路检测到发射回路的电感量产生变化时，频率跟踪装置根据电流和电压的相位差进行补偿，自动调整发射端的输出电压，以使传输效率达到预期值。

所述的无线充电系统，其中，所述LC谐振耦合电路包括第一谐振电感电路和第二谐振电感电路，所述第一谐振电感电路包括第一电阻、第一电容以及第一电感线圈，所述第二谐振电感电路包括第二电阻、第二电容以及第二电感线圈，所述第一电感线圈与所述第二电感线圈形成电感谐振耦合，所述直流电源、所述高频谐振逆变器与所述第一谐振电感电路依次连接形成发射回路，所述第二谐振电感电路与所述接收端依次连接形成接收回路。