專利名稱：非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)輸出電壓的檢測與閉環(huán)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域中非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用范疇，涉及一種非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)輸出電壓的檢測與閉環(huán)控制方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)申請人進行的資料檢索，截止目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有提出通過實時檢測負載側(cè)電壓，使輸入耦合回路、輸出耦合回路構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。目前研究基本為開環(huán)系統(tǒng)或輸出回路閉環(huán)即開環(huán)系統(tǒng)是通過設(shè)定、計算，將耦合變壓器的耦合距離嚴格固定，使輸出電壓穩(wěn)定為一個期望的輸出電壓值，該方式的缺點十分明顯，輸出電壓會隨著耦合介質(zhì)的變化、耦合距離的變化以及使用場所的變化而變化，輸出電壓基本表現(xiàn)為不可控制；輸出回路閉環(huán)是對負載側(cè)經(jīng)整流電路的直流輸出電壓再進行調(diào)節(jié)(直流斬波電路或逆變電路)。這樣做的缺點有兩個，一是負載側(cè)需另加直流電源從而達到驅(qū)動開關(guān)器件的目的，造成輸出耦合回路電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實用性差，特別是在一些對輸出耦合回路有體積要求的場合(如人體內(nèi)植入設(shè)備)；另一個缺點是不論外加直流斬波電路或逆變電路均對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響，最終影響原邊諧振電路的輸出，影響整個系統(tǒng)的傳輸效率。
以下給出檢索的相關(guān)文獻1、Analysis of the contactless power transfer system using modellingand analysis of the contactless transformer；Myunghyo Ryu；Honnyong Cha；Yonghwan Park；Juwon Back；Industrial Electronics Society，2005.IECON2005.32nd Annual Conference of IEEE；2、Study of the Separable Transformer Used in ContactlessElectrical Energy Transmission System；Zhang Bingyi；Liu Hongbin；ZhaoYisong；Ying Yong；Feng Guihong；Transmission and Distribution Conferenceand ExhibitionAsia and Pacific，2005 IEEE/PES；3、A New Contactless Power-Signal Transmission Device for ImplantedFunctional Electrical Stimulation(FES)；Fumihiro Sato，Member，IEEE，Takashi Nomoto，Genki Kano，Hidetoshi Matsuki，Member，IEEE，andTadakuni Sato；IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，VOL.40，NO.4，JULY 2004。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)輸出電壓的檢測與閉環(huán)控制方法。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)輸出電壓的檢測與閉環(huán)控制方法，其特征在于，該方法通過壓控振蕩器將負載側(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換成與一個頻率隨負載側(cè)電壓成比例關(guān)系的方波信號，將該方波信號加在一個可分離變壓器的原邊，通過檢測耦合至另一側(cè)方波信號的頻率，間接獲取負載側(cè)電壓；改變可分離變壓器的原邊側(cè)DC-DC調(diào)壓電路開關(guān)器件的占空比，即可調(diào)節(jié)施加于變壓器原邊的電壓，從而達到控制負載電壓。
本發(fā)明的方法，通過控制輸入耦合回路實現(xiàn)輸出電壓可控，有效解決非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中負載側(cè)電壓不可控的缺點，將大大推動非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的實用化進程。


圖1是負載側(cè)電壓控制系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖2是仿真系統(tǒng)模型；圖3是負載側(cè)輸出電壓波形圖；
圖4是負載側(cè)輸出電壓穩(wěn)定時最高處放大圖；圖5負載側(cè)輸出電壓穩(wěn)定時最低處放大圖；圖6是逆變電路的電壓電流波形圖；圖7是逆變電路的電壓電流波形放大圖。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的方法完成了非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的負載側(cè)電壓控制，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。包括整流電路、電壓調(diào)理電路、比較器、壓控振蕩器、可分離變壓器、頻率-電壓變換器、電壓頻率變換器及其電阻。
可分離變壓器與傳統(tǒng)變壓器不同，由于存在很大的漏感，使得其原邊副邊電壓電流關(guān)系相比較于傳統(tǒng)變壓器沒有固定的比例關(guān)系，因此不能直接根據(jù)原邊電壓推導(dǎo)出副邊電壓，或根據(jù)副邊電流推導(dǎo)出原邊電流。但可分離變壓器中存在與傳統(tǒng)變壓器相同之處即其原副邊信號頻率相同。因此可以利用這一點，將負載側(cè)直流電壓信號通過一個壓-頻變換裝置(可直接利用輸出電壓實現(xiàn)變換裝置的工作電壓，無需另加輔助電源)，轉(zhuǎn)換成一個頻率隨輸入直流電壓變化而變化的方波，通過負載側(cè)的壓控振蕩器將負載側(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換成為頻率隨負載電壓成比例關(guān)系的方波信號，再將該方波信號加在一個可分離變壓器上。通過檢測耦合至可分離變壓器另一側(cè)方波信號的頻率就可以間接獲取負載側(cè)電壓。
將獲取的負載側(cè)電壓與期望負載輸出電壓進行比較，誤差信號輸入誤差信號調(diào)節(jié)電路與驅(qū)動電路，通過調(diào)節(jié)前端DC-DC電路的開關(guān)器件的驅(qū)動信號的占空比，改變作用在可分離變壓器的原邊電壓，從而可以到達了控制輸出電壓的目的。以解決非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中負載側(cè)電壓不可控的缺點。本發(fā)明將大大推動非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的實用化進程。
基于以上分析搭建了仿真系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)如圖2所示。系統(tǒng)由原邊DC-DC變換電路，原邊高頻逆變部分，負載整流部分，反饋跟蹤部分4部分構(gòu)成。其中原邊直流斬波電路為buck電路，逆變部分采用頻率跟蹤控制方法，負載側(cè)整流部分為單向橋式不可控整流電路。
給定原邊電壓20V，期望輸出為10V，負載側(cè)輸出電壓如圖3所示。由圖可知通過這種方法可以達到控制負載側(cè)電壓的目的。
負載側(cè)輸出電壓放大如圖4圖5所示。圖4為穩(wěn)定輸出的最高電壓處放大波形。圖5為負載側(cè)輸出電壓穩(wěn)定時最低處放大圖。由圖可知，負載輸出電壓穩(wěn)定時，電壓波動不超過1V，較好的實現(xiàn)了控制負載側(cè)輸出電壓的目的。
應(yīng)用頻率跟蹤的諧振式逆變電路的電壓電流波形如圖6，圖7所示。達到了頻率跟蹤的目的。電壓電流基本達到了同相。
由上面的仿真結(jié)果可知，通過調(diào)節(jié)非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的原邊電壓的方法可以實現(xiàn)控制負載側(cè)電壓的目的。
權(quán)利要求
1.一種非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)輸出電壓的檢測與閉環(huán)控制方法，其特征在于，該方法通過壓控振蕩器將負載側(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換成與一個頻率隨負載側(cè)電壓成比例關(guān)系的方波信號，將該方波信號加在一個可分離變壓器的原邊，通過檢測耦合至另一側(cè)方波信號的頻率，間接獲取負載側(cè)電壓；改變可分離變壓器的原邊側(cè)DC-DC調(diào)壓電路開關(guān)器件的占空比，可調(diào)節(jié)施加于變壓器原邊的電壓，即可控制負載電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)輸出電壓的檢測與閉環(huán)控制方法，該方法通過壓控振蕩器將負載側(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換成與一個頻率隨負載側(cè)電壓成比例關(guān)系的方波信號，將該方波信號加在一個可分離變壓器的原邊，通過檢測耦合至另一側(cè)方波信號的頻率，間接獲取負載側(cè)電壓，改變作用在可分離變壓器的原邊電壓，即可控制負載電壓。本發(fā)明通過控制輸入耦合回路實現(xiàn)輸出電壓可控，解決非接觸感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中負載側(cè)電壓不可控的缺點，將大大推動非接觸感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的實用化進程。
文檔編號H02M3/24GK1933284SQ20061010465
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者卓放, 崔明浩, 王兆安 申請人:西安交通大學