CN104701999A - 谐振型非接触供电装置、电能发射端和控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种谐振型非接触供电装置、电能发射端和控制方法。通过控制所述逆变电路输出的高频交流电的电压强度参量，使得流过发射线圈的交流电的电流强度参量(峰值或有效值)与流过接收线圈的交流电的电流强度参量保持预定关系，使得等效负载阻抗获得调节，进而使得系统可以工作在效率最优模式下。

Description

谐振型非接触供电装置、电能发射端和控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种谐振型非接触供电装置、电能发射端和控制方法。

背景技术

非接触供电技术基于其方便实用的特点而广泛应用于电子产品领域，尤其是小功率电子产品行业如移动电话、MP3播放器、数码照相机、便携式电脑等。现有技术的谐振型非接触供电装置通常包含有一个由发射线圈L1和接收线圈L2构成的谐振与磁耦合电路，发射线圈L1与电能发射端的其它元件构成发射侧谐振电路，接收线圈L2与电能接收端的其它元件构成接收侧谐振电路。通过将发射侧谐振电路和接收侧谐振电路的谐振频率设置为相同，可以使得发射侧谐振电路谐振时，通过电磁场与发射侧谐振电路耦合的接收侧谐振电路也发生谐振，由此实现以非接触的方式传输电能。该谐振频率被称为自感谐振频率。

然而，由于负载在供电过程中会发生变化，目前缺乏手段始终保持较高的系统效率而不受负载变化影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种谐振型非接触供电装置、电能发射端和控制方法，通过调节发射侧谐振回路的电流值来调整接收侧的输出电压，从而调整等效负载阻抗，使系统工作在效率最优模式下。

第一方面，提供一种谐振型非接触供电装置，包括：

逆变电路，用于接收电能生成电压强度参量响应于逆变控制信号的第一交流电；

阻抗变换网络，用于接收所述第一交流电生成第二交流电，所述第二交流电的电流强度参量与所述第一交流电的电压强度参量对应；

发射侧谐振电路，包括发射线圈，用于接收所述第二交流电；

接收侧谐振电路，包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈分离地以非接触方式耦合，所述接收侧谐振电路用于从所述发射线圈接收电能生成第三交流电；

控制电路，用于生成所述逆变控制信号以保持所述第二交流电的电流强度参量为所述第三交流电的电流强度参量的m倍，m为所述接收线圈的线圈等效电阻和所述发射线圈的线圈等效电阻比值的二分之一次方，所述电压强度参量为电压峰值或有效值，所述电流强度参量为电流峰值或有效值。

优选地，所述控制电路包括：

电能接收侧控制电路，用于获取和以无线方式发送表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号；

电能发射侧控制电路，用于接收所述第二信号，并检测表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号，根据所述第一信号和所述第二信号生成所述逆变控制信号。

优选地，所述电能接收侧控制电路包括：

第二电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第二信号；

第二无线通信电路，用于以无线方式发送所述第二信号；

所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

转换电路，用于将所述第二信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第二信号与m的乘积；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第一信号；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第三信号与所述第一信号的差值。

优选地，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第三信号和所述第一信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

优选地，所述电能接收侧控制电路包括：

第二电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第二信号；

第二无线通信电路，用于以无线方式发送所述第二信号；

所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第一信号；

转换电路，用于将所述第一信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第一信号与1/m的乘积；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第二信号与所述第三信号的差值。

优选地，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第二信号和所述第三信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

第二方面，提供一种电能发射端，用于以非接触方式与包括接收线圈的电能接收端耦合以传输电能，所述电能发射端包括：

逆变电路，用于接收电能，生成电压强度参量响应于逆变控制信号的第一交流电；

阻抗变换网络，用于接收所述第一交流电生成第二交流电，所述第二交流电的电流强度参量与所述第一交流电的电压强度参量对应；

发射侧谐振电路，包括发射线圈，用于接收所述第二交流电，所述发射线圈能以非接触方式与所述接收线圈耦合；

电能发射侧控制电路，用于生成所述逆变控制信号以保持所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的电流强度参量的m倍，所述第三交流电为流过所述接收线圈的交流电，m为所述接收线圈的线圈等效电阻和所述发射线圈的线圈等效电阻比值的二分之一次方，所述电压强度参量为电压峰值或有效值，所述电流强度参量为电流峰值或有效值。

优选地，所述电能发射侧控制电路以无线方式接收表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号，检测表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号，根据所述第一信号和所述第二信号生成所述逆变控制信号。

优选地，所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

转换电路，用于将所述第二信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第二信号与m的乘积；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第三信号与所述第一信号的差值。

优选地，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第三信号和所述第一信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

优选地，所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

转换电路，用于将所述第一信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第一信号与1/m的乘积；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第二信号与所述第三信号的差值。

优选地，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第二信号和所述第三信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

第三方面，提供一种控制方法，用于控制谐振型非接触供电装置，所述谐振型非接触供电装置包括逆变器、阻抗变换网络和以非接触方式相互耦合的发射线圈和接收线圈，所述阻抗变换网络用于输入第一交流电生成第二交流电，所述第二交流电的电流强度参量与所述第一交流电的电压强度参量对应，所述控制方法包括：

控制所述逆变电路输出的第一交流电的电压强度参量，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的电流强度参量的m倍，所述第三交流电为流过所述接收线圈的交流电，m为所述接收线圈的线圈等效电阻和所述发射线圈的线圈等效电阻比值的二分之一次方，所述电压强度参量为电压峰值或有效值，所述电流强度参量为电流峰值或有效值。

优选地，控制所述逆变电路输出的第一交流电的电压强度参量，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的m倍包括：

获取和以无线方式发送表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号；

接收所述第二信号，检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

根据所述第一信号和所述第二信号与m的乘积生成逆变控制信号控制所述逆变电路。

优选地，控制所述逆变电路输出的第一交流电的电压强度参量，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的m倍包括：

获取和以无线方式发送表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号；

接收所述第二信号，检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

根据所述第一信号与1/m的乘积和所述第二信号生成逆变控制信号控制所述逆变电路。

通过控制所述逆变电路输出的高频交流电压峰值，使得流过发射线圈的交流电的电流强度参量(峰值或有效值)与流过接收线圈的交流电的电流强度参量保持预定关系，使得等效负载阻抗获得调节，进而使得系统可以工作在效率最优模式下。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的谐振型非接触供电装置的电路框图；

图2是本发明实施例的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的等效电路图；

图3是本发明实施例的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路解耦后的等效电路图；

图4是图3所示等效电路工作在自感谐振频率下时的参数示意图；

图5是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的另一形式的等效电路图；

图6是本发明实施例的控制电路的电路框图；

图7是本发明实施例的控制电路的工作波形图；

图8是本发明实施例的另一个实施方式的控制电路的电路框图；

图9是本发明实施例的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明实施例的谐振型非接触供电装置的电路框图。如图1所示，谐振型非接触供电装置包括逆变器11、阻抗变换网络12、发射侧谐振电路13、接收侧谐振电路14、整流电路15、直流-直流(DC-DC)变换器16和控制电路17。

在本实施例中，逆变器11、阻抗变换网络12、发射侧谐振电路13属于谐振型非接触供电装置1的电能发射端。接收侧谐振电路14、整流电路15、直流-直流变换器16属于谐振型非接触供电装置1的电能接收端。控制电路17包括电能发射侧控制电路171和电能接收侧控制电路172。电能发射侧控制电路171为电能发射端的一部分，而电能接收侧控制电路172为电能接收端的一部分。

电能发射端和电能接收端通过发射侧谐振电路13和接收侧谐振电路14分离地以非接触方式耦合，从而实现电能传输。

在本发明实施例中，非接触供电也可以被称为无线供电，其是指电能发射端和电能接收端之间不依赖于导体连接进行电能传输的方式。

逆变电路11用于接收电能(也即输入直流电压Vin)生成电压强度参量响应于逆变控制信号的第一交流电Vac。在本实施例中，电压强度参量可以为交流电的电压峰值或电压有效值。在后续的说明中，以采用电压峰值作为电压强度参量进行说明。

逆变器11可以是全桥式逆变电路、半桥式逆变电路以及其他任何公知的具有逆变功能的逆变器。

在图1中，逆变电路11为由第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4构成的开关型全桥式逆变电路。逆变电路11根据控制电路17输出的逆变控制信号G1-G4动作。其中，逆变控制信号G1-G4分别控制开关S1-S4。通过使得第一开关S1和第三开关S3交替导通和关断，第二开关S2和第四开关S4交替导通和关断可以实现将直流电逆变为交流电。通过控制开关S1-S4的开关频率可以控制输出的第一交流电Vac的频率。通过控制开关S1、S3与开关S2、S4之间的导通的相位差，可以控制输出的第一交流电Vac的电压强度参量。由此，通过对应的逆变控制信号控制开关S1-S4的导通和关断，可以实现控制第一交流电的电压强度参量和频率。

阻抗变换网络12用于接收第一交流电Vac生成第二交流电Ip。其中，第二交流电Ip的电流强度参量与第一交流电Vac的电压强度参量对应，也即，第二交流电Ip的电流强度参量由第一交流电Vac的电压强度参量确定。在本实施例中，电流强度参量可以为交流电的电流峰值或电流有效值。在后续的说明中，以采用电压峰值作为电压强度参量进行说明。由此，通过逆变控制信号，可以控制输入到发射侧谐振电路13的第二交流电Ip的电流峰值。进一步地，这等效于在发射侧谐振电路13的输入端口连接一个恒定的交流电流源，并且，该交流电流源的电流峰值可调。

发射侧谐振电路13包括发射线圈L1，用于接收第二交流电Ip。

为了平衡发射侧谐振电路13中发射线圈L1的感抗以及电路中由寄生参数引起的感抗，消除高频下由于这些寄生参数存在而产生的电压尖峰和浪涌电流，减小电磁干扰和电源噪声并达到减小电源的视在功率，提高电源的功率因数，发射侧谐振电路13中可以加入发射侧谐振电容Cs，其与发射线圈L1串联或并联，以与发射线圈L1形成谐振电路。当然，本领域技术人员可以理解，在某些情况下可以利用电路的分布电容(例如发射线圈导线之间的分布电容)来作为发射侧谐振电容，从而不必在电路中设置独立的电容元件。

接收侧谐振电路14包括接收线圈L2，接收线圈L2与发射侧谐振电路13的发射线圈L2可以分离地以非接触方式耦合，接收侧谐振电路13用于从发射线圈L1接收电能生成第三交流电Id。

同时，为了减小电能接收端消耗的无功功率，增大谐振与磁耦合电路传输的有功功率，接收侧谐振电路14可以加入接收侧谐振电容Cd。如上所述，接收侧谐振电容Cd可以利用电路其它元件的分布电容(例如线圈导线之间的分布电容)来实现，从而不必在电路中设置专门的电容元件。

发射侧谐振电路13和接收侧谐振电路14构成谐振与磁耦合电路。

整流电路15用于将第三交流电Id整流为直流电。

直流-直流变换器16用于将整流电路15输出的直流电变换为符合负载要求的恒定电流或恒定电压提供给负载LOAD。应理解，某些情况下，直流-直流变换器16并非必要，整流电路15可以直接与负载连接。

整流电路15、直流-直流变换器16和负载级联形成的电路可以等效为接收侧谐振电路14的负载RL。

图2是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的等效电路图，也即发射侧谐振电路13和接收侧谐振电路14的电路示意图。

如图2所示，发射线圈L1可以等效为第一理想线圈Ls以及线圈等效电阻Rs，同样，接收线圈L2可以等效为第二理想线圈Ls以及线圈等效电阻Rd。第一理想线圈Ls和第二理想线圈Ld相互耦合。在图2中，发射侧谐振电路13和接收侧谐振电路14均采用串联谐振的方式来组成谐振电路，其中，发射侧谐振电路13具有发射侧谐振电容Cs，接收侧具有接收侧谐振电容Cd。如上所述，发射侧谐振电容Cs和接收侧谐振电容Cd可以为集总元件或者利用其它元件的分布参数实现。

由此，谐振和磁耦合电路构成一互感耦合电路。

通常，为了使得发射侧谐振电路13和接收侧谐振电路14能够以谐振方式传递能量，两者具有相同的谐振频率，也即：

$\mathrm{fs}=1/2\mathrm{\π}\·\sqrt{\mathrm{Ls}\·\mathrm{Cs}}=1/2\mathrm{\π}\·\sqrt{\mathrm{Ld}\·\mathrm{Cd}}=\mathrm{fd}$

其中，fs为发射侧谐振电路13的谐振频率，fd为接收侧谐振电路14的谐振频率；Ls为第一理想线圈Ls的电感值，Ld为第二理想线圈Ld的电感值；Cs为发射侧谐振电容的电容值，Cd为接收侧谐振电容的电容值。

优选地，可以设置使得第一理想线圈Ls的电感值等于第二理想线圈Ld的电感值，并且发射侧谐振电容的电容值Cs等于接收侧谐振电容的电容值Cd，从而使得发射侧谐振电路13和接收侧谐振电路14谐振频率相同。

将上述谐振频率称为自感谐振频率。工作在上述谐振频率下时，发射侧谐振电路13和接收侧谐振电路14同时谐振，谐振和磁耦合电路中所有的电感和电容阻抗均相互抵消，系统具有很高的效率。

图3是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路解耦后的等效电路图。如图3所示，由于发射线圈L1和接收线圈L2的耦合存在漏感和互感，图2所示的谐振和磁耦合电路可以解耦等效为图3的形式，即，将相互耦合的理想线圈Ls和Ld解耦为发射侧漏电感Ls’、接收侧漏电感Ld’和互感Lm。由此，图2所示的谐振和磁耦合电路可以进一步等效为图3所示的两端口网络。

图4是图3所示等效电路工作在自感谐振频率下时的参数示意图。如图4所示，当对发射侧谐振电路13输出具有自感谐振频率ω₀的交流电Ip时，图3中发射侧漏电感Ls’和发射侧谐振电容Cs的串联电路的等效阻抗为-jω₀Lm，由此，可以与互感的阻抗抵消，从而使得电能发射端输入端口的阻抗最小，发射侧谐振电路谐振。同时，接收侧漏电感Ld’和接收侧谐振电容Cd的串联电路的等效阻抗为-jω₀Lm，从而使得电能接收端输出端口的阻抗最小，接收侧谐振电路谐振。

此时，系统的效率η满足如下公式：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{RL}}{\mathrm{Rs}\left[{\left(\frac{\mathrm{RL}+\mathrm{Rd}}{{\mathrm{\ω}}_0\mathrm{Lm}}\right)}^2\right]+\mathrm{RL}+\mathrm{Rd}}$

其中，RL为等效负载阻抗。

根据上述公式，系统效率最大时，等效负载阻抗满足：

$\mathrm{RL}=\mathrm{Rd}\sqrt{1+U^2},$ 其中， $U=\frac{\mathrm{\ωLm}}{\sqrt{\mathrm{RsRd}}}=k\sqrt{\mathrm{QsQd}}$

其中，k为耦合系数；Qs和Qd分别为发射线圈和接收线圈的品质因数，电抗元件的品质因数等于其电抗与其等效电阻的比值。通常Qs和Qd均大于100，由此使得上述公式中的U远大于1。

因此，在系统效率最大时，等效负载阻抗需满足：

$\mathrm{RL}\≈\mathrm{RdU}=\mathrm{\ωLm}\sqrt{\frac{\mathrm{Rd}}{\mathrm{Rs}}}$

图5是本发明的谐振型非接触供电装置的谐振与磁耦合电路的另一形式的等效电路图。对于本发明实施例的谐振与磁耦合电路，发射侧谐振电路13的输入端等效于连接具有恒定峰值的交流电流源。根据互感耦合的电压电流关系，输入的具有恒定峰值的交流电流会在接收侧谐振电路通过互感耦合产生具有恒定峰值的交流电压。由此，将发射侧等效为连接在接收侧输入端口的交流电压源，其输出的交流电压满足ω₀LmIp。同时，将接收侧及其负载等效为连接在发射侧输出端口的反射阻抗Zd。

根据图5所示的等效电路，接收侧的输出电压Vd近似等于ω₀LmIp。由此，在系统工作在自感谐振频率下，系统效率最高时，接收侧的交流电流Id满足：

$\mathrm{Id}=\frac{\mathrm{Ud}}{\mathrm{RL}}\≈\frac{\mathrm{\ωLmIp}}{\mathrm{\ωLm}\sqrt{\frac{\mathrm{Rd}}{\mathrm{Rs}}}}$

进而有：

$\mathrm{Ip}=\mathrm{mId},m=\sqrt{\frac{\mathrm{Rd}}{\mathrm{Rs}}}$

上述公式说明，通过保持发射侧谐振电路输入的第二交流电和接收侧谐振电路的第三交流的电流强度参量保持预定关系，可以使得接收侧的等效负载阻抗最优，进入使得系统工作在效率最优状态。

基于以上原理，本发明实施例的控制电路17用于生成逆变控制信号G1-G4以保持第二交流电Ip的电流强度参量为第三交流电Id的电流强度参量的m倍。第二交流电为流过所述发射线圈的交流电。第三交流电为流过所述接收线圈的交流电。m为所述接收线圈等效电阻和所述发射线圈等效电阻比值的二分之一次方。电流强度参量可以为电流峰值或电流有效值。

具体地，控制电路17包括电能发射侧控制电路171和电能接收侧控制电路172。

电能接收侧控制电路172用于获取和发送表征第三交流电的电流强度参量的第二信号V2。

电能发射侧控制电路171用于接收第二信号V2，检测表征第二交流电的电流强度参量的第一信号V1，并根据第一信号V1和第二信号V2生成逆变控制信号G1-G4。

图6是本发明实施例的控制电路的电路框图。如图6所示，电能接收侧控制电路172包括第二电流强度参量检测电路DET2和第二无线通信电路COM2。

第二电流强度参量检测电路DET2用于检测第三交流电Id或其采样信号F(Id)，以获取表征其强度参量的第二信号V2。

第二无线通信电路COM2用于以无线方式发送第二信号V2。所述无线方式可以是无线电通讯、光通讯或其它通讯方式。

电能发射侧控制电路171包括第一无线通信电路COM1、转换电路TRANS、第一电流强度参量检测电路DET1和控制信号生成电路CTR。

第一无线通信电路COM1用于以无线方式接收第二信号V2。

转换电路TRANS用于将第二信号V2转换为第三信号V3，第三信号V3表征第二信号V2与m的乘积，也即V3＝V2*m。由于Rs和Rd是固定值，因此，m也是固定值。优选地，转换电路TRANS可以设置为乘法器。

第一电流强度参量检测电路DET1用于检测第二交流电Ip或其采样信号F(Ip)获取表征第二交流电的电流强度参量的第一信号V1。

控制信号生成电路CTR生成逆变控制信号G1-G4以最小化所述第三信号V3与第一信号V1的差值。

具体地，控制信号生成电路CTR可以包括补偿电路CP、比较器CMP和移相控制电路PHASE。

补偿电路CP用于生成响应于第三信号V3和第一信号V1的差值V3-V1的补偿信号Vc。如图6所示，补偿电路可以包括误差放大器EA和补偿电容C1。

比较器CMP比较补偿信号Vc与三角波信号Ramp生成脉宽调制信号PWM。

移相控制电路PHASE输出逆变控制信号G1-G4，逆变控制信号G1-G4具有响应于脉宽调制信号PWM的相差。

应理解，在Rs＝Rd时，m等于1，在此前提下，电能发射侧控制电路171中的转换电路TRANS可以被省去。

此时，第一信号V1和第二信号V2被直接输入控制信号生成电路CTR，控制信号生成电路CTR生成逆变控制信号G1-G4以最小化第二信号与第一信号的差值。

图7是本发明实施例的控制电路的工作波形图。如图7所示，在脉宽调制信号的高电平部分(也即三角波信号Ramp小于补偿信号Vc的部分)限定了当前周期逆变控制信号G2相对于逆变控制信号G1的相差α和逆变控制信号G4相对于逆变控制信号G3的相差α。具有该相差的逆变控制信号控制逆变电路11输出的第一交流电的电压峰值，使得第二交流电的电流强度参量和第三交流电的电流强度参量保持预定关系，进而使得谐振型非接触供电装置以最大效率工作。

图8是本发明实施例的另一个实施方式的控制电路的电路框图。如图8所示，电能接收侧控制电路172与图6中的电能接收侧控制电路相同，在此不再赘述。

电能发射侧控制电路171包括第一无线通信电路COM1、转换电路TRANS’、第一电流强度参量检测电路DET1和控制信号生成电路CTR。

第一无线通信电路COM1用于以无线方式接收第二信号V2。

第一电流强度参量检测电路DET1用于检测第二交流电Ip或其采样信号F(Ip)获取表征第二交流电的电流强度参量的第一信号V1。

转换电路TRANS’用于将第一信号V1转换为第三信号V3，第三信号V3表征第二信号V2与1/m的乘积，也即V3＝V1/m。由于Rs和Rd是固定值，因此，m也是固定值。优选地，转换电路TRANS’可以设置为乘法器。

应理解，在Rs＝Rd时，m等于1，在此前提下，电能发射侧控制电路171中的转换电路TRANS可以被省去。

控制信号生成电路CTR生成逆变控制信号G1-G4以最小化所述第二信号V2与第三信号V3的差值。

具体地，控制信号生成电路CTR可以包括补偿电路CP、比较器CMP和移相控制电路PHASE。

补偿电路CP用于生成响应于第二信号V2和第三信号V3的差值V2-V3的补偿信号Vc。如图8所示，补偿电路可以包括误差放大器EA和补偿电容C1。

比较器CMP比较补偿信号Vc与三角波信号Ramp生成脉宽调制信号PWM。

移相控制电路PHASE输出逆变控制信号G1-G4，逆变控制信号G1-G4具有响应于脉宽调制信号PWM的相差。

由于第一信号并未经无线传输，其信号质量较好，本实施方式通过对第一信号进行转换，可以更好地保证控制精度。

图9是本发明实施例的控制方法的流程图。图9所示的控制方法由控制器17实施，如图9所示，所述方法为：控制所述逆变电路输出的高频交流电压峰值，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的m倍。第二交流电位流过所述发射线圈的交流电，第三交流电为流过所述接收线圈的交流电，m为所述接收线圈的线圈等效电阻和所述发射线圈的线圈等效电阻比值的二分之一次方，所述电压强度参量为电压峰值或有效值，所述电流强度参量为电流峰值或有效值。

其中，控制所述逆变电路输出的高频交流电压峰值，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的m倍包括：

步骤910、获取和发送表征第三交流电的电流强度参量的第二信号。

步骤920、接收所述第二信号，检测表征第二交流电的电流强度参量的第一信号。

步骤930、根据所述第一信号和所述第二信号与m的乘积生成逆变控制信号控制所述逆变电路。

同时，步骤930还可以被替换为步骤930’，根据所述第一信号与1/m的乘积和所述第二信号生成逆变控制信号控制所述逆变电路。

通过控制所述逆变电路输出的高频交流电的电压强度参量，使得流过发射线圈的交流电的电流强度参量(峰值或有效值)与流过接收线圈的交流电的电流强度参量保持预定关系，使得等效负载阻抗获得调节，进而使得系统可以工作在效率最优模式下。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种谐振型非接触供电装置，包括：

逆变电路，用于接收电能生成电压强度参量响应于逆变控制信号的第一交流电；

阻抗变换网络，用于接收所述第一交流电生成第二交流电，所述第二交流电的电流强度参量与所述第一交流电的电压强度参量对应；

发射侧谐振电路，包括发射线圈，用于接收所述第二交流电；

接收侧谐振电路，包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈分离地以非接触方式耦合，所述接收侧谐振电路用于从所述发射线圈接收电能生成第三交流电；

控制电路，用于生成所述逆变控制信号以保持所述第二交流电的电流强度参量为所述第三交流电的电流强度参量的m倍，m为所述接收线圈的线圈等效电阻和所述发射线圈的线圈等效电阻比值的二分之一次方，所述电压强度参量为电压峰值或有效值，所述电流强度参量为电流峰值或有效值。

2.根据权利要求1所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述控制电路包括：

电能接收侧控制电路，用于获取和以无线方式发送表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号；

电能发射侧控制电路，用于接收所述第二信号，并检测表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号，根据所述第一信号和所述第二信号生成所述逆变控制信号。

3.根据权利要求2所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述电能接收侧控制电路包括：

第二电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第二信号；

第二无线通信电路，用于以无线方式发送所述第二信号；

所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

转换电路，用于将所述第二信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第二信号与m的乘积；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第一信号；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第三信号与所述第一信号的差值。

4.根据权利要求3所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第三信号和所述第一信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

5.根据权利要求2所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述电能接收侧控制电路包括：

第二电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第二信号；

第二无线通信电路，用于以无线方式发送所述第二信号；

所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取所述第一信号；

转换电路，用于将所述第一信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第一信号与1/m的乘积；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第二信号与所述第三信号的差值。

6.根据权利要求5所述的谐振型非接触供电装置，其特征在于，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第二信号和所述第三信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

7.一种电能发射端，用于以非接触方式与包括接收线圈的电能接收端耦合以传输电能，所述电能发射端包括：

逆变电路，用于接收电能，生成电压强度参量响应于逆变控制信号的第一交流电；

阻抗变换网络，用于接收所述第一交流电生成第二交流电，所述第二交流电的电流强度参量与所述第一交流电的电压强度参量对应；

发射侧谐振电路，包括发射线圈，用于接收所述第二交流电，所述发射线圈能以非接触方式与所述接收线圈耦合；

电能发射侧控制电路，用于生成所述逆变控制信号以保持所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的电流强度参量的m倍，所述第三交流电为流过所述接收线圈的交流电，m为所述接收线圈的线圈等效电阻和所述发射线圈的线圈等效电阻比值的二分之一次方，所述电压强度参量为电压峰值或有效值，所述电流强度参量为电流峰值或有效值。

8.根据权利要求7的电能发射端，其特征在于，所述电能发射侧控制电路以无线方式接收表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号，检测表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号，根据所述第一信号和所述第二信号生成所述逆变控制信号。

9.根据权利要求7所述的电能发射端，其特征在于，所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

转换电路，用于将所述第二信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第二信号与m的乘积；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第三信号与所述第一信号的差值。

10.根据权利要求9所述的电能发射端，其特征在于，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第三信号和所述第一信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

11.根据权利要求7所述的电能发射端，其特征在于，所述电能发射侧控制电路包括：

第一无线通信电路，用于以无线方式接收所述第二信号；

第一电流强度参量检测电路，用于检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

转换电路，用于将所述第一信号转换为第三信号，所述第三信号表征所述第一信号与1/m的乘积；

控制信号生成电路，生成所述逆变控制信号以最小化所述第二信号与所述第三信号的差值。

12.根据权利要求11所述的电能发射端，其特征在于，所述控制信号生成电路包括：

补偿电路，用于生成响应于所述第二信号和所述第三信号差值的补偿信号；

比较器，比较所述补偿信号与三角波信号生成脉宽调制信号；

移相控制电路，根据所述脉宽调制信号生成所述逆变控制信号，所述逆变控制信号具有响应于所述脉宽调制信号的相差。

13.一种控制方法，用于控制谐振型非接触供电装置，所述谐振型非接触供电装置包括逆变器、阻抗变换网络和以非接触方式相互耦合的发射线圈和接收线圈，所述阻抗变换网络用于输入第一交流电生成第二交流电，所述第二交流电的电流强度参量与所述第一交流电的电压强度参量对应，所述控制方法包括：

控制所述逆变电路输出的第一交流电的电压强度参量，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的电流强度参量的m倍，所述第三交流电为流过所述接收线圈的交流电，m为所述接收线圈的线圈等效电阻和所述发射线圈的线圈等效电阻比值的二分之一次方，所述电压强度参量为电压峰值或有效值，所述电流强度参量为电流峰值或有效值。

14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，控制所述逆变电路输出的第一交流电的电压强度参量，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的m倍包括：

获取和以无线方式发送表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号；

接收所述第二信号，检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

根据所述第一信号和所述第二信号与m的乘积生成逆变控制信号控制所述逆变电路。

15.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，控制所述逆变电路输出的第一交流电的电压强度参量，使得所述第二交流电的电流强度参量为第三交流电的m倍包括：

获取和以无线方式发送表征所述第三交流电的电流强度参量的第二信号；

接收所述第二信号，检测获取表征所述第二交流电的电流强度参量的第一信号；

根据所述第一信号与1/m的乘积和所述第二信号生成逆变控制信号控制所述逆变电路。