本發(fā)明屬于無(wú)線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌鳌?/p>

背景技術(shù)：
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近年來(lái)，無(wú)線電能傳輸技術(shù)得到了快速的發(fā)展。但是，在沒(méi)有無(wú)線通信條件下，無(wú)線電能裝置的接受側(cè)能量拾取和電壓穩(wěn)定的精確控制一直是一大難題。

傳統(tǒng)無(wú)線電能傳輸裝置發(fā)射電路采用逆變器產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，接受線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)。接受側(cè)實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定的常見(jiàn)方法有三種：發(fā)射側(cè)控制的二極管整流方式、接受側(cè)級(jí)聯(lián)DC-DC變換器的調(diào)壓方式、有源整流方式。

對(duì)于發(fā)射側(cè)控制的二極管整流方式，當(dāng)負(fù)載或線圈距離變化時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)接受線圈的穩(wěn)壓，需要調(diào)節(jié)發(fā)射側(cè)逆變器的電壓或頻率來(lái)穩(wěn)定接受側(cè)的電壓。這種方法控制方式，成本高，往往需要增加輔助無(wú)線通信裝置。

對(duì)于接受側(cè)級(jí)聯(lián)DC-DC變換器的調(diào)壓方式，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定副邊接受側(cè)電壓穩(wěn)定，需要增加DC-DC變換器的方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，增加裝置成本。

對(duì)于傳統(tǒng)有源整流電流實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓方式，需要檢測(cè)電壓電流相位，實(shí)現(xiàn)有源整流開(kāi)關(guān)管的控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓?？刂齐娐窂?fù)雜。

傳統(tǒng)無(wú)線電能傳輸?shù)慕邮軅?cè)電壓穩(wěn)定控制方法存在不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸裝置接收側(cè)的有源整流，在無(wú)需輔助電路的情況下，實(shí)現(xiàn)電壓的精確控制，因此提供了一種用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌鳌?/p>

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌?，包括能量接受模塊、整流模塊和控制模塊；其中，

能量接受模塊，用于將空間的電磁波能量轉(zhuǎn)換為諧振交流電流，并將諧振交流電流傳遞給整流模塊；

整流模塊，用于將能量接受模塊中的諧振交流電流整流成直流；

控制模塊，用于控制整流模塊的工作方式，使得整流模塊輸出的直流電壓恒定。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，能量接受模塊包括依次串聯(lián)的接收線圈L₂和補(bǔ)償電容C₂；

整流模塊包括開(kāi)關(guān)管S以及依次串聯(lián)的第一整流二極管D₁、第二整流二極管D₂和輸出濾波電容C_f；

控制模塊包括依次串聯(lián)的采樣電路、PWM控制器和開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路；

其中，第一整流二極管D₁陽(yáng)極連接第二整流二極管D₂陰極，第一整流二極管D₁陰極連接輸出濾波電容C_f正極，輸出濾波電容C_f負(fù)極連接第二整流二極管D₂陽(yáng)極；開(kāi)關(guān)管S與第二整流二極管D₂并聯(lián)連接，第二整流二極管D₂陰極連接開(kāi)關(guān)管S漏極，第二整流二極管D₂陽(yáng)極連接開(kāi)關(guān)管S源極；

采樣電路輸入端連接輸出濾波電容C_f正極，采樣電路輸出串聯(lián)PWM控制器輸入端，PWM控制器輸出端連接開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路輸入端，開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路輸出端連接開(kāi)關(guān)管S柵極；

接收線圈L₂連接補(bǔ)償電容C₂、第二整流二極管D₂陽(yáng)極，補(bǔ)償電容C₂連接接收線圈L₂、第二整流二極管D₂陰極；

工作時(shí)，負(fù)載與輸出濾波電容C_f并聯(lián)連接。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，能量接受模塊中的接收線圈L₂和補(bǔ)償電容C₂發(fā)生高頻諧振，高頻諧振產(chǎn)生高頻正弦電流環(huán)流，用于接收無(wú)線電能發(fā)射裝置的能量，并作為電流源方式提供正弦電流能量。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，當(dāng)PWM控制器控制開(kāi)關(guān)管S閉合，將接收線圈L₂和補(bǔ)償電容C₂產(chǎn)生的諧振交流電流短路，采用開(kāi)關(guān)管短路的方式阻止能量的傳遞，能量接受模塊存儲(chǔ)能量。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，開(kāi)關(guān)管S斷開(kāi)時(shí)則第一整流二極管D₁、第二整流二極管D₂將諧振電流整流輸出，輸出濾波電容C_f實(shí)現(xiàn)濾波；開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)管S將諧振電流短路，不傳輸能量。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，當(dāng)需要接受能量時(shí)，PWM控制器輸出PWM控制信號(hào)，PWM信號(hào)頻率遠(yuǎn)低于諧振頻率，并以一定占空比開(kāi)通或關(guān)斷開(kāi)關(guān)管S。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，采樣電路檢測(cè)輸出電壓，PWM控制器調(diào)節(jié)占空比大小，控制開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管S，不斷調(diào)整輸出脈沖電流的個(gè)數(shù)，調(diào)整輸出電流的大小，經(jīng)過(guò)濾波電容濾波，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，采用PWM控制器頻率低于接收線圈諧振頻率，并通過(guò)檢測(cè)整流模塊輸出電壓作為反饋信號(hào)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，采用PWM控制器產(chǎn)生可調(diào)占空比，控制整流器輸出電流的平均值大小，PWM控制器控制輸出脈沖電流的數(shù)量，并且采用濾波電容進(jìn)行濾波。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明一種用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌?，包括能量接受模塊和整流模塊和控制模塊；相比傳統(tǒng)無(wú)線電能傳輸接受裝置，不需要級(jí)聯(lián)DC-DC變換器，大大提高整體效率，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本；

進(jìn)一步，本發(fā)明具有電流源特性，有利于電流控制的實(shí)現(xiàn)；

進(jìn)一步，本發(fā)明采用開(kāi)關(guān)管短路的方式阻止能量的傳遞，可以明顯增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

進(jìn)一步，本發(fā)明通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管S的開(kāi)通的占空比控制整流電路的工作，控制輸出側(cè)接受的脈沖個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)電壓控制，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；

進(jìn)一步，本發(fā)明有源整流的開(kāi)關(guān)管可以工作在任意頻率下，降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，有源整流的開(kāi)關(guān)管可以低頻工作，從而大大降低開(kāi)關(guān)損耗；

進(jìn)一步，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)管S占空比調(diào)整整流脈沖的個(gè)數(shù)，控制輸出電流的大小，輸出電壓的穩(wěn)定控制，僅需采樣檢測(cè)輸出電壓，無(wú)需復(fù)雜的相位檢測(cè)等輔助電路。

附圖說(shuō)明：

圖1為用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌鹘Y(jié)構(gòu)框圖；

圖2為用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌麟娐穲D；

圖3為接收線圈L₂中諧振電流波形；

圖4為穩(wěn)態(tài)占空比D下，有源整流裝置輸出電流波形；

圖5為開(kāi)關(guān)管S閉環(huán)時(shí)，電路工作狀態(tài)圖；

圖6為開(kāi)關(guān)管S斷開(kāi)時(shí)，電路工作狀態(tài)圖。

圖中：1-能量接受模塊，2-整流模塊，22-控制模塊，3-接收線圈L₂，4-補(bǔ)償電容C₂，5-第一整流二極管D₁，6-第二整流二極管D₂，7-開(kāi)關(guān)管S，8-輸出濾波電容C_f，9-負(fù)載，10-采樣電路，11-PWM控制器，12-開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

參考圖1為一種用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌鹘Y(jié)構(gòu)框圖，包括能量接受模塊1和整流模塊2和控制模塊22。

參考圖2為具體的用于無(wú)線電能傳輸?shù)挠性凑髌麟娐穲D；其中，能量接受模塊1包括依次串聯(lián)的接收線圈L₂ 3和補(bǔ)償電容C₂ 4。

整流模塊2包括開(kāi)關(guān)管S 7以及依次串聯(lián)的第一整流二極管D₁ 5、第二整流二極管D₂ 6和輸出濾波電容C_f8。

控制模塊22包括依次串聯(lián)的采樣電路10、PWM控制器11和開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路12。

其中，第一整流二極管D₁ 5陽(yáng)極連接第二整流二極管D₂ 6陰極，第一整流二極管D₁5陰極連接輸出濾波電容C_f8正極，輸出濾波電容C_f8負(fù)極連接第二整流二極管D₂ 6陽(yáng)極；開(kāi)關(guān)管S 7與第二整流二極管D₂ 6并聯(lián)連接，第二整流二極管D₂ 6陰極連接開(kāi)關(guān)管S 7漏極，第二整流二極管D₂ 6陽(yáng)極連接開(kāi)關(guān)管S 7源極。

采樣電路10輸入端連接輸出濾波電容C_f8正極，采樣電路10輸出串聯(lián)PWM控制器11輸入端，PWM控制器11輸出端連接開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路12輸入端，開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路12輸出端連接開(kāi)關(guān)管S 7柵極。

接收線圈L₂ 3連接補(bǔ)償電容C₂ 4、第二整流二極管D₂ 6陽(yáng)極，補(bǔ)償電容C₂ 4連接接收線圈L₂ 3、第二整流二極管D₂ 6陰極。

工作時(shí)，負(fù)載9與輸出濾波電容C_f8并聯(lián)連接。

參考圖3為接收線圈L₂中諧振電流波形；能量接受模塊1中的接收線圈L₂ 3和補(bǔ)償電容C2 4發(fā)生高頻諧振，諧振產(chǎn)生高頻電流環(huán)流，以接受無(wú)線電能發(fā)射裝置的能量。能量接受模塊1作為電流源方式提供電流能量。

參考圖5為開(kāi)關(guān)管S閉環(huán)時(shí)，電路工作狀態(tài)；當(dāng)PWM控制器11控制開(kāi)關(guān)管S 7閉合，將接收側(cè)電容和電感產(chǎn)生諧振電流短路。采用開(kāi)關(guān)管短路的方式阻止能量的傳遞，能量接受模塊1存儲(chǔ)能量。

參考圖6為開(kāi)關(guān)管S 7斷開(kāi)時(shí)，電路工作狀態(tài)；開(kāi)關(guān)管S 7斷開(kāi)時(shí)則二極管將諧振電流整流輸出，輸出濾波電容C_f8實(shí)現(xiàn)濾波。

參考圖4為穩(wěn)態(tài)占空比D下，有源整流裝置輸出電流波形；采樣電路10檢測(cè)輸出電壓，PWM控制器11調(diào)節(jié)占空比大小，控制開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)器12，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管S 7，不斷調(diào)整輸出脈沖電流的個(gè)數(shù)，調(diào)整輸出電流的大小，經(jīng)過(guò)濾波電容濾波，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

采用PWM控制器11頻率低于接收線圈諧振頻率，僅需要檢測(cè)整流器輸出電壓作為反饋信號(hào)。采用PWM控制器11產(chǎn)生可調(diào)占空比，控制整流器輸出電流的平均值大小。PWM控制器11控制輸出脈沖電流的數(shù)量，并且僅需濾波電容進(jìn)行濾波。