本發(fā)明涉及多設備無線充電系統(tǒng)，特別涉及一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)。

背景技術：

1、無線電能傳輸（wireless?power?transfer，wpt）技術近年來在中低功率電子設備充電應用中逐漸受到熱捧。其中，磁耦合諧振式無線電能傳輸（magnetic?coupledresonant?wireless?power?transfer，mcr-wpt）系統(tǒng)因較其他類型wpt系統(tǒng)傳輸距離更長，傳輸功率和安全性更高等優(yōu)點，成為wpt技術的主要發(fā)展方向之一。mcr-wpt系統(tǒng)結構主要包括交變電源、諧振拓撲電路、發(fā)射線圈與接收線圈、整流器、濾波器和負載。

2、傳統(tǒng)的多設備無線充電系統(tǒng)一般采用多組發(fā)射線圈，并與多臺待充電設備的接收線圈一一對應進行無線充電，其本質(zhì)上為多組無線充電系統(tǒng)。在分布式傳感器等場景中，需要耗費更多成本、人力進行一一對應裝配，適用性差；而且多組發(fā)射線圈采用單一工作頻率同時工作，若安裝距離比較近，各組發(fā)射線圈之間會相互電磁干擾，降低效率，嚴重時會影響充電功能的實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術所存在的問題，提供一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，其成本較低，且可避免多組發(fā)射線圈之間相互電磁干擾的問題。

2、本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：

3、一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，包括功率電路和控制電路；所述功率電路包括依次連接的直流電源，并聯(lián)全橋逆變模塊，多個信號耦合變壓器及對應的補償電容，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路，多個功率調(diào)節(jié)電路，多個整流電路，多個濾波電路，以及多個負載；所述控制電路包括電壓采樣調(diào)理電路，電流采樣調(diào)理電路，發(fā)射端柵極驅(qū)動器，接收端柵極驅(qū)動器，發(fā)射端mcu系統(tǒng)，以及接收端mcu系統(tǒng)；

4、所述并聯(lián)全橋逆變模塊包括輸入端共用所述直流電源而工作頻率各不相同的多個全橋逆變器，各所述信號耦合變壓器的輸入端分別對應連接各所述全橋逆變器的輸出端，各所述信號耦合變壓器的輸出端與對應的補償電容串聯(lián)后再分別進行并聯(lián)，形成各所述信號耦合變壓器的并聯(lián)輸出端；所述磁耦合諧振式無線電能傳輸電路包括發(fā)射端多頻諧振拓撲網(wǎng)絡，發(fā)射線圈，多個接收線圈，以及多個接收端補償電容；所述發(fā)射端多頻諧振拓撲網(wǎng)絡的輸入端連接各所述信號耦合變壓器的并聯(lián)輸出端，所述發(fā)射端多頻諧振拓撲網(wǎng)絡的輸出端連接所述發(fā)射線圈，所述發(fā)射線圈和多個所述接收線圈構成單發(fā)射線圈-多接收線圈式互感耦合線圈，各所述接收線圈分別依次連接相應的所述接收端補償電容、所述功率調(diào)節(jié)電路、所述整流電路、所述濾波電路和所述負載；

5、所述電壓采樣調(diào)理電路的多個輸入端分別并聯(lián)于各所述負載的兩端，所述電流采樣調(diào)理電路的多個輸入端分別串聯(lián)各所述負載，所述電壓采樣調(diào)理電路和所述電流采樣調(diào)理電路的輸出端分別連接所述接收端mcu系統(tǒng)的模擬-數(shù)字轉換器接口；所述發(fā)射端柵極驅(qū)動器和所述接收端柵極驅(qū)動器的輸入端分別對應連接所述發(fā)射端mcu系統(tǒng)和所述接收端mcu系統(tǒng)的增強脈沖寬度調(diào)制模塊接口，所述發(fā)射端柵極驅(qū)動器的輸出端分別連接各所述全橋逆變器的控制輸入端，所述接收端柵極驅(qū)動器的輸出端分別連接各所述功率調(diào)節(jié)電路的控制輸入端。

6、進一步地，各所述功率調(diào)節(jié)電路均包括相互連接的定值電感和相控電容電路，通過所述控制電路調(diào)節(jié)各所述相控電容電路的等效容值，以實現(xiàn)各所述負載輸出恒壓控制與輸出功率調(diào)節(jié)。

7、進一步地，所述發(fā)射端mcu系統(tǒng)包括控制芯片及其外設，根據(jù)各所述全橋逆變器不同的開關頻率，通過其增強脈沖寬度調(diào)制模塊向所述發(fā)射端柵極驅(qū)動器輸出脈沖寬度調(diào)制信號，實現(xiàn)對所述并聯(lián)全橋逆變模塊的間接控制。

8、進一步地，所述接收端mcu系統(tǒng)包括控制芯片及其外設，通過雙閉環(huán)型控制程序?qū)δM-數(shù)字轉換器接口輸入的電壓采樣信號和電流采樣信號進行處理，進而控制其增強脈沖寬度調(diào)制模塊向所述接收端柵極驅(qū)動器輸出脈沖寬度調(diào)制信號，實現(xiàn)對所述功率調(diào)節(jié)電路的間接控制。

9、進一步地，所述接收端mcu系統(tǒng)的雙閉環(huán)型控制程序由電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)組成，其中電壓外環(huán)根據(jù)電壓參考值對發(fā)生突變的負載電壓采樣值進行處理，電流內(nèi)環(huán)根據(jù)電壓外環(huán)的輸出值對負載電流采樣值進行處理，并輸出到增強脈沖寬度調(diào)制模塊。

10、采用上述技術方案后，本發(fā)明的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，采用多組逆變器產(chǎn)生多組不同工作頻率的高頻電能，并通過單組發(fā)射線圈同時為多臺設備進行無線充電，不需要采用多組發(fā)射線圈，成本較低，而且可以有效避免發(fā)射線圈間、發(fā)射線圈與非目標待充電設備接收線圈之間相關的相互干擾，靈活性更高；采用多組不同工作頻率，更為靈活，避免誤充。

11、進一步地，本發(fā)明中，在待充電設備端，采用相控電容進行功率調(diào)節(jié)，不需要與發(fā)射線圈進行通訊，避免通訊延遲帶來的控制精度下降問題；在分布式傳感器等場景中，安裝更為靈活，只需要滿足設定的三維空間范圍內(nèi)裝配就行，無嚴格位置限制。

12、進一步地，本發(fā)明中，將雙閉環(huán)型控制程序應用到高頻高功率無線電能傳輸系統(tǒng)中，可有效應對以充電設備掉線、接入為代表的負載跳變工況導致的輸出電壓跳變現(xiàn)象，有效提升系統(tǒng)功率電路的穩(wěn)定性與魯棒性，延長充電設備的使用壽命。

技術特征：

1.一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，其特征在于：包括功率電路和控制電路；所述功率電路包括依次連接的直流電源，并聯(lián)全橋逆變模塊，多個信號耦合變壓器及對應的補償電容，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路，多個功率調(diào)節(jié)電路，多個整流電路，多個濾波電路，以及多個負載；所述控制電路包括電壓采樣調(diào)理電路，電流采樣調(diào)理電路，發(fā)射端柵極驅(qū)動器，接收端柵極驅(qū)動器，發(fā)射端mcu系統(tǒng)，以及接收端mcu系統(tǒng)；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，其特征在于：各所述功率調(diào)節(jié)電路均包括相互連接的定值電感和相控電容電路，通過所述控制電路調(diào)節(jié)各所述相控電容電路的等效容值，以實現(xiàn)各所述負載輸出恒壓控制與輸出功率調(diào)節(jié)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射端mcu系統(tǒng)包括控制芯片及其外設，根據(jù)各所述全橋逆變器不同的開關頻率，通過其增強脈沖寬度調(diào)制模塊向所述發(fā)射端柵極驅(qū)動器輸出脈沖寬度調(diào)制信號，實現(xiàn)對所述并聯(lián)全橋逆變模塊的間接控制。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，其特征在于：所述接收端mcu系統(tǒng)包括控制芯片及其外設，通過雙閉環(huán)型控制程序?qū)δM-數(shù)字轉換器接口輸入的電壓采樣信號和電流采樣信號進行處理，進而控制其增強脈沖寬度調(diào)制模塊向所述接收端柵極驅(qū)動器輸出脈沖寬度調(diào)制信號，實現(xiàn)對所述功率調(diào)節(jié)電路的間接控制。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，其特征在于：所述接收端mcu系統(tǒng)的雙閉環(huán)型控制程序由電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)組成，其中電壓外環(huán)根據(jù)電壓參考值對發(fā)生突變的負載電壓采樣值進行處理，電流內(nèi)環(huán)根據(jù)電壓外環(huán)的輸出值對負載電流采樣值進行處理，并輸出到增強脈沖寬度調(diào)制模塊。

技術總結
本發(fā)明涉及多設備無線充電系統(tǒng)，具體公開了一種可調(diào)節(jié)輸出功率的多設備恒壓無線充電系統(tǒng)，其包括功率電路和控制電路，功率電路包括依次連接的直流電源，并聯(lián)全橋逆變器，信號耦合變壓器及對應補償電容，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路，功率調(diào)節(jié)電路，整流電路，濾波電路，以及負載，控制電路包括電壓采樣調(diào)理電路，電流采樣調(diào)理電路，發(fā)射端柵極驅(qū)動器，接收端柵極驅(qū)動器，發(fā)射端MCU系統(tǒng)，以及接收端MCU系統(tǒng)。本發(fā)明中，磁耦合諧振式無線電能傳輸電路采用多組逆變器產(chǎn)生多組不同工作頻率的高頻電能，并通過單組發(fā)射線圈同時為多臺設備進行無線充電。本發(fā)明的無線充電系統(tǒng)成本較低，且可避免多組發(fā)射線圈之間相互電磁干擾的問題。

技術研發(fā)人員：黃東曉,汪鳳翔,洪澤全,林賢宏
受保護的技術使用者：泉州裝備制造研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21