本實用新型屬于無線電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種可分級啟動的無線電能傳輸領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無線電能傳輸系統(tǒng)是通過發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的中繼能量(如電磁場能、激光、微波及機械波等)，隔空傳輸一段距離后，再通過接收器將中繼能量轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)無線電能傳輸。

無線電能傳輸系統(tǒng)通常由發(fā)射端工頻整流濾波電路、發(fā)射端逆變電路、接收端高頻整流濾波電路、接收端穩(wěn)壓電路4部分組成，每一部分在上電時都會產(chǎn)生瞬間的浪涌電流。下面針對每一部分的浪涌電流具體分析：

(1)無線電能傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端工頻整流濾波電路、接收端高頻整流濾波電路通常由整流橋和濾波電容組成。在上電瞬間，由于電容器上的初始電壓為零會形成很大的瞬時浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，其輸入采用較大電容量的濾波電容器，其浪涌電流可達100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流幅值，往往會導(dǎo)致開關(guān)電源后序電路損壞、輸入保險絲燒斷，有時甚至可將合閘開關(guān)的觸點燒壞，輕者也會使空氣開關(guān)合不上閘。

(2)發(fā)射端逆變電路直接上電時，LC串聯(lián)諧振(包括發(fā)射線圈、電容和接收線圈)也會產(chǎn)生瞬間的浪涌電流，造成逆變電路器件損壞。

(3)接收端的負載切換時(輕載到重載時)，也會造成暫時的失諧而拉低接收端整流后輸出電壓，造成接收端系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。

上述原因均會造成開關(guān)電源無法正常使用，而在目前的現(xiàn)有技術(shù)中，針對上述問題均沒有較好的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種無線電能傳輸系統(tǒng)，該實用新型有效的解決了上電時，發(fā)射端工頻整流濾波電路、LC諧振逆變電路上電瞬間的浪涌電流，以及負載切換時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

一種無線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無線發(fā)射端，以及可接收無線發(fā)射端電能的無線接收端，無線發(fā)射端包括可傳輸無線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號的通信接收模塊；無線接收端外連負載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，無線發(fā)射端還包括工頻整流濾波電路，工頻整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號，傳感器連接有發(fā)射端MCU，以接收傳感器形成的感應(yīng)信號，并根據(jù)該感應(yīng)信號判斷判斷無線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)；無線發(fā)射端還包括設(shè)置在工頻整流濾波電路輸入端的軟啟動電路，軟啟動電路的輸入端連接電網(wǎng)，發(fā)射端MCU電連軟啟動電路的控制端，以控制軟啟動電路的啟動。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，軟啟動電路包括連接于電網(wǎng)的功率電阻R1，并聯(lián)于功率電阻R1的可控開關(guān)K1，串聯(lián)于功率電阻R1和可控開關(guān)K1的可控開關(guān)K2，其中發(fā)射端MCU連接可控開關(guān)K1和可控開關(guān)K2的控制端，可控開關(guān)K1和可控開關(guān)K2均為常閉開關(guān)。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，無線接收端的接收線圈連接有高頻整流濾波電路，高頻整流濾波電路的輸出端連接有接收端MCU和BUCK穩(wěn)壓電路，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號，同時接收端MCU的連接BUCK穩(wěn)壓電路；BUCK穩(wěn)壓電路外連負載。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，接收線圈上設(shè)置有可增強傳感器感應(yīng)的標(biāo)志物。

一種無線電能傳輸控制方法，使用上述無線電能傳輸系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1：為無線電能傳輸系統(tǒng)上電；

S2：檢測無線接收端是否移入無線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)，如是，則執(zhí)行S3；如否，則返回S1；

S3：延時第一預(yù)設(shè)時間后，發(fā)射端MCU控制可控開關(guān)K2閉合，以抑制發(fā)射端工頻整流濾波電路上電時的浪涌電流；

S4：待延時第二預(yù)設(shè)時間后，發(fā)射端MCU輸出PWM控制信號，并控制輸出頻率為增益最小值，輸出占空比按照預(yù)定比例在單位時間內(nèi)逐漸增大到預(yù)設(shè)占空比以抑制LC諧振逆變電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，之后發(fā)射端MCU進一步控制可控開關(guān)K1閉合。

S5：接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路關(guān)閉，發(fā)射端MCU判斷是否接收到接收端通信信號，如是，則執(zhí)行S5，如否，則執(zhí)行S7；

S6：發(fā)射端MCU根據(jù)通信信號判斷無線接收端的電壓是否大于預(yù)設(shè)電壓值，如是，則執(zhí)行S7；如否，則返回執(zhí)行S5；

S7：接收端MCU控制BUCK啟動，發(fā)射端MCU調(diào)節(jié)輸出頻率至預(yù)設(shè)頻率值；

S8：發(fā)射端MCU控制輸出頻率為增益最小值對應(yīng)頻率，并使無線電能傳輸系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；

S9：返回至S2步驟。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，在S2的步驟中，具體為：傳感器實時檢測無線接收端是否移入工作區(qū)域內(nèi)，并形成感應(yīng)信號發(fā)送至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)該感應(yīng)信號判斷無線接收端是否進入無線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果在于：

1、本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)，通過設(shè)置分級軟啟動電路，并預(yù)設(shè)相對應(yīng)的延時時間，通過發(fā)射端MCU的控制，有效的避免了無線電能傳輸系統(tǒng)上電過程中出現(xiàn)的浪涌電流。

2、本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)，采用逐漸控制占空比增大的方式，使無線發(fā)射端的能量能逐漸傳輸至無線接收端，抑制了LC諧振電路在逆變電路中上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流。

附圖說明

圖1為本實用新型無線電能傳輸系統(tǒng)的框圖；

圖2為圖1中無線發(fā)射端的示意圖；

圖3為本實用新型無線電能傳輸控制方法的流程圖；

圖4為增益與輸出頻率的關(guān)系圖。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本實用新型進行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實施方式中。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

參見圖1，是本實用新型無線電能傳輸系統(tǒng)的框圖。如圖1所示，本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無線發(fā)射端，以及可接收無線發(fā)射端電能的無線接收端，無線發(fā)射端包括可傳輸無線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號的通信接收模塊；無線接收端外連負載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，無線發(fā)射端還包括工頻整流濾波電路，工頻整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號，傳感器連接有發(fā)射端MCU，以接收傳感器形成的感應(yīng)信號，并根據(jù)該感應(yīng)信號判斷判斷無線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)；無線發(fā)射端還包括設(shè)置在工頻整流濾波電路輸入端的軟啟動電路，發(fā)射端MCU電連軟啟動電路的控制端，以控制軟啟動電路的啟動。

結(jié)合圖2所示，上述軟啟動電路包括連接于電網(wǎng)的功率電阻R1，并聯(lián)于功率電阻R1的可控開關(guān)K1，串聯(lián)于功率電阻R1和可控開關(guān)K1的可控開關(guān)K2，其中發(fā)射端MCU連接可控開關(guān)K1和可控開關(guān)K2的控制端，可控開關(guān)K1和可控開關(guān)K2均為常閉開關(guān)。

進一步詳述上述軟啟動過程：發(fā)射端MCU從上電到開始輸出PWM控制信號之間有一段時間，在這段時間內(nèi)發(fā)射端MCU的引腳狀態(tài)不確定，若此時給逆變電路上電，可能造成逆變電路損壞；而因可控開關(guān)K2斷開，上電后220V交流電不會經(jīng)工頻整流濾波電路加到逆變電路上，發(fā)射端MCU上電后延時第一預(yù)定時間后再控制可控開關(guān)K2閉合，從而起到保護逆變電路的作用；同時因可控開關(guān)K1常閉，上電后從電網(wǎng)發(fā)出的交流電經(jīng)功率電阻R1到達后級電路，因輸入電壓不變，電路因串接功率電阻R1而使總電阻增大，所以電流減小，即增加功率電阻R1有效的抑制因發(fā)射端工頻整流濾波電路大電容產(chǎn)生的浪涌電流。后級電路正常工作之后，發(fā)射端MCU控制可控開關(guān)K1閉合，使電網(wǎng)來的交流電流經(jīng)可控開關(guān)K1，從而減小了功率電阻發(fā)熱，提高了系統(tǒng)效率。

進一步參見圖1，圖1中還顯示了無線接收端的連接結(jié)構(gòu)，無線接收端的接收線圈連接有高頻整流濾波電路，高頻整流濾波電路的輸出端連接有接收端MCU和BUCK穩(wěn)壓電路，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號，同時接收端MCU的連接BUCK穩(wěn)壓電路；BUCK穩(wěn)壓電路外連負載。

上述中，作為一種優(yōu)選，接收線圈上設(shè)置有可增強傳感器感應(yīng)的標(biāo)志物。

參見圖3，是本實用新型無線電能傳輸控制方法的流程圖。如圖3所示，本實用新型的無線電能傳輸控制方法，使用上述無線電能傳輸系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1：為無線電能傳輸系統(tǒng)上電；

S2：檢測無線接收端是否移入無線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)，如是，則執(zhí)行S3；如否，則返回S1；

S3：延時第一預(yù)設(shè)時間后，發(fā)射端MCU控制可控開關(guān)K2閉合，以抑制發(fā)射端工頻整流濾波電路上電時的浪涌電流；

S4：待延時第二預(yù)設(shè)時間后，發(fā)射端MCU輸出PWM控制信號，并控制輸出頻率為增益最小值，輸出占空比按照預(yù)定比例在單位時間內(nèi)逐漸增大到預(yù)設(shè)占空比以抑制LC諧振逆變電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，之后發(fā)射端MCU 進一步控制可控開關(guān)K1閉合。

S5：接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路關(guān)閉，發(fā)射端MCU判斷是否接收到接收端通信信號，如是，則執(zhí)行S5，如否，則執(zhí)行S7；

S6：發(fā)射端MCU根據(jù)通信信號判斷無線接收端的電壓是否大于預(yù)設(shè)電壓值，如是，則執(zhí)行S7；如否，則返回執(zhí)行S5；

S7：接收端MCU控制BUCK啟動，發(fā)射端MCU調(diào)節(jié)輸出頻率至預(yù)設(shè)頻率值；

S8：發(fā)射端MCU控制輸出頻率為增益最小值對應(yīng)頻率，并使無線電能傳輸系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；

S9：返回至S2步驟。

進一步對上述步驟舉例說明：發(fā)射端MCU控制PWM占空比逐漸增大的過程可為：如起始占空比為10％，經(jīng)過一個單位時間控制占空比變?yōu)?0％，如此類推直到占空比到50％完全打開，這樣可使無線發(fā)射端的能量經(jīng)逆變電路逐漸傳輸?shù)浇邮斩?，抑制LC諧振電路、接收端高頻整流濾波電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流。

同時，參見圖4，是增益與輸出頻率關(guān)系圖。其中，該關(guān)系圖中f1對應(yīng)的值即為增值最小值，fo對應(yīng)的增益即為增益最大值，在工作時，將頻率控制在f0-f1之間即為正常工作范圍。通過該關(guān)系圖具體說明：發(fā)射端MCU上電后先將PWM調(diào)到增益最低值對應(yīng)的頻率f1，減小輕載時的輸出增益；同時接收端MCU上電后先封鎖BUCK穩(wěn)壓電路，并通過采樣無線接收端的電壓進一步判斷無線接收端電壓是否高于預(yù)設(shè)電壓值，若在正常范圍之內(nèi)，接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路開啟，發(fā)射端MCU的PWM控制頻率調(diào)到f2，該f2為預(yù)設(shè)頻率值。

另外，在上述S2的步驟中，具體為：傳感器實時檢測無線接收端是否移入工作區(qū)域內(nèi)，并形成感應(yīng)信號，以發(fā)送至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)該感應(yīng)信號判斷無線接收端是否進入無線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)。

結(jié)合圖3和圖4，進一步說明本實用新型的無線電能傳輸控制方法：

S1：為無線電能傳輸系統(tǒng)上電；

S2：傳感器實時檢測無線接收端是否移入工作區(qū)域內(nèi)，并形成感應(yīng)信號，以發(fā)送至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)該感應(yīng)信號判斷無線接收端是否進入無線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)，如是，則執(zhí)行S3；如否，則返回S1；

S3：延時第一預(yù)設(shè)時間t1后，發(fā)射端MCU控制可控開關(guān)K2閉合；

S4：待延時第二預(yù)設(shè)時間后，發(fā)射端MCU輸出PWM控制信號，并控制輸出頻率為增益最小值，輸出占空比按照預(yù)定比例在單位時間內(nèi)逐漸增大到預(yù)設(shè)占空比以抑制LC諧振逆變電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，之后發(fā)射端MCU進一步控制可控開關(guān)K1閉合。

S5：接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路關(guān)閉，發(fā)射端MCU判斷是否接收到接收端通信信號，如是，則執(zhí)行S6，如否，則執(zhí)行S8；

S6：發(fā)射端MCU根據(jù)通信信號判斷無線接收端的電壓是否大于預(yù)設(shè)電壓值，如是，則執(zhí)行S7；如否，則返回執(zhí)行S5；

S7：接收端MCU控制BUCK啟動，發(fā)射端MCU調(diào)節(jié)輸出頻率至預(yù)設(shè)頻率值；

S8：發(fā)射端MCU控制輸出頻率為增益最小值對應(yīng)頻率，并使無線電能傳輸系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；

S9：返回至S2步驟。