[发明专利]一种用于无线电能传输系统的动态阻抗匹配系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于无线电能传输系统的动态阻抗匹配系统及方法，其中，系统包括反射系数检测模块、电感、第一动态可调电容器、第二动态可调电容器、中央处理单元和电机控制模块，对应的动态阻抗匹配方法包括：无线电能传输系统开始工作后，产生阻抗匹配要求，搭建匹配网络电路，利用该系统中的反射系数检测模块检测反射系数，并将其传输至该系统中的中央处理单元，经过处理后再由该系统中的电机控制模块根据匹配算法动态自适应控制匹配网络电路中的第一动态可调电容器和第二动态可调电容器，改变网络参数以实时满足阻抗匹配要求并得到对应的谐振点。与现有技术相比，本发明具有减少谐振点调节时间，避免电容等器件损耗等优点。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种用于无线电能传输系统的动态阻抗匹配系统及方法。

背景技术

阻抗匹配技术的研究是磁耦合谐振无线电能传输系统的最终目标，因为如果谐振系统达到了阻抗匹配，无论是负载的阻抗匹配，还是输入端的阻抗匹配，都将大大优化系统的传输效率、传输功率，同时也能改善近距离传输过程中产生的频率分裂现象，因此阻抗匹配技术是磁耦合谐振系统的本质。对于磁谐振无线电能传输技术而言，工作频率的提高有利于提高系统的传输特性；而对于高频开关功率电源而言，提高频率可以减小无源元件的尺寸，增加驱动源能量密度，阻抗不匹配会直接导致效率的下降，当系统处于欠耦合时，系统的传输效率无法达到最大值。当系统处于过耦合时系统会出现频率分裂现象，此时系统出现两个谐振频率且效率均不高。阻抗匹配可以改变系统的参数，一般具有两种形式，一种是完全匹配，即源阻抗和负载阻抗完全相等，此时模和相位都一致，传输无失真，另外一种是共轭匹配，即负载阻抗等于源阻抗的共轭值，此时负载可以从源端获得最大能量。常用的阻抗匹配网络LC和DC-DC型，其中LC型阻抗匹配网络又包括π型、τ型以及T型。

π型、τ型主要匹配阻抗的虚部，而DC-DC型通过调节占空比，可以改变阻抗的实部有效值。阻抗匹配方案对于原有固定参数的无线输电系统，其理论参数很容易设计计算，但实际参数不易调节，因为电容值一般是离散的，对于系统某些参数变化时，比如传输间距变换或者负载变化时，其阻抗匹配网络内的参数均要重新计算设计并调节，且非理想电容器和电感的引入，阻抗匹配网络本身也产生了附加的功率损耗，同时增加了整个系统的体积和重量。而对于高频无线电能传输来说，对于谐振点的寻找非常重要，通过设计计算的π型、τ型及DC-DC型阻抗匹配网络可能很难满足高频无线充电系统对于谐振点的寻找，对已经设计好的电路难以进行调节，无法进行动态的调节，无法精确的进行调节。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于无线电能传输系统的动态阻抗匹配系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于无线电能传输系统的动态阻抗匹配系统，设置于无线电能传输系统中，该系统包括反射系数检测模块、电感、第一动态可调电容器、第二动态可调电容器、中央处理单元和电机控制模块，所述反射系数检测模块经所述电感和所述第一动态可调电容器与负载端阻抗的一端相连接，所述反射系数检测模块还另经所述第二动态可调电容器与所述负载端阻抗的另一端相连接，所述反射系数检测模块还与所述中央处理单元相连接以将入射和反射电压数据传输至所述中央处理单元，所述中央处理单元还与所述电机控制模块相连接以将所述第一动态可调电容器和所述第二动态可调电容器的位置量传输至所述电机控制模块，所述电机控制模块分别与所述第一动态可调电容器和所述第二动态可调电容器相连接以调节电容值进而改变网络参数以满足阻抗匹配要求。

进一步地，所述的第一动态可调电容器的电容值范围为100pF～1500pF。

进一步地，所述的第二动态可调电容器的电容值范围为100pF～1500pF。

进一步地，所述的无线电能传输系统包括相互连接的正弦信号电路模块、宽带线性功放电路模块、电磁发射子系统模块、电磁接受子系统模块、整流调压模块和负载。