CN112491151B - 一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法，包括第一无线电能传输模块、第二无线电能传输模块、发射端控制器和接收端控制器；第一无线电能传输模块的输入端和第二无线电能传输模块的输入端串联、第一无线电能传输模块输出端和第二无线电能传输模块的输出端并联；每个无线电能传输模块均采用单级控制方式，简化了系统结构，降低了损耗，提高了系统传输效率；采用输入串联的方式针对同等输入电压情况下降低了MOS管的电压应力，也降低了低电压输出情况下的松耦合变压器线圈的设计难度，采用并联输出的方式有效的提高了系统的输出能力；通过输入电压、输出电压、输出电流多环路控制并结合变频移相控制技术实现系统的高效可靠均衡工作。

Description

一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，特别涉及一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法及其控制方法。

背景技术

无线电能传输技术是以电磁场为媒介实现电能的传递。无线电能传输系统与传统接触式电能传输系统相比，无线电能传输使用方便、安全、无火花及触电危险、无积尘和接触损耗、无机械磨损和相应的维护问题，能适应水下、防爆等多种恶劣环境和天气。随着电力电子技术的日新月异，无线电能传输技术的研究与发展已取得了不少的研究成果，并且也有不少无线充电产品面世，如手机无线充电、AGV小车无线充电以及电动汽车无线充电等。在低压大功率应用场合现有的无线电能传输产品都是采用两级或者三级变换实现，由于多级变换而导致系统的效率较低。如果采用单级变换针对电压过低的应用场合，松耦合变压器的线圈设计显得尤其困难，因此本发明公开了一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法，可以满足高压输入、低压输出的应用场合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法及其控制方法，可以满足高压输入、低压输出的应用场合。

本发明的一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法包括第一无线电能传输模块、第二无线电能传输模块、发射端控制器和接收端控制器；所述的第一无线电能传输模块、第二无线电能传输模块均为单级变换，第一无线电能传输模块的输入端和第二无线电能传输模块的输入端串联、第一无线电能传输模块输出端和第二无线电能传输模块的输出端并联；

第一无线电能传输模块包括电容C1、第一逆变器模组、第一串联补偿网络、第一松耦合变压器、第三串联补偿网络、第一同步整流模块、电容C2和电感L5；第一松耦合变压器包括发射线圈L1与接收线圈L2；电容C1、第一逆变器模组、第一串联补偿网络和发射线圈L1构成了第一无线电能传输模块的发射端；第三串联补偿网络、第一同步整流模块、电容C2、电感L5和接收线圈L2构成了第一无线电能传输模块的接收端；

电容C1并联在第一无线电能传输模块的输入端，电容C1与第一逆变器模组的输入端并联，第一逆变器模组、第一串联补偿与发射线圈L1依次连接；接收线圈L2、第三串联补偿网络和第一同步整流模块依次连接，第一同步整流模块的输出端连接由电感L5和电容C2形成LC滤波电路，电容C2的两端为第一无线电能传输模块的输出端；

第二无线电能传输模块包括电容C3、第二逆变器模组、第二串联补偿网络、第二松耦合变压器、第四串联补偿网络、第二同步整流模块、电容C4和电感L6；第二松耦合变压器包括发射线圈L3与接收线圈L4；电容C3、第二逆变器模组、第二串联补偿网络和发射线圈L3构成了第二无线电能传输模块的发射端；第四串联补偿网络、第二同步整流模块、电容C4、电感L6和接收线圈L4构成了第二无线电能传输模块的接收端。

电容C3并联在第二无线电能传输模块的输入端，电容C3与第二逆变器模组的输入端并连，第二逆变器模组、第二串联补偿与发射线圈L3依次连接；接收线圈L4、第四串联补偿网络和第二同步整流模块依次连接，第二同步整流模块的输出端连接由电感L6和电容C4形成LC滤波电路，电容C4的两端为第二无线电能传输模块的输出端；

电容C4与电容C2并联，电容C1与电容C3串连；

发射端控制与第一逆变器模组和第二逆变器模组连接，用于测量第一逆变器模组输入端的电压和第二逆变器模组输入端的电压、测量第一逆变器模组输出端的电流和第二逆变器模组输出端的电流、以及用于输出驱动信号到第一逆变器模组和第二逆变器模组；

接收端控制器与第一无线电能传输模块的输出端以及第二无线电能传输模块的输出端连接，用于测量第一无线电能传输模块的输出端的电压、电流；以及第二无线电能传输模块的输出端的电压、电流；并将测得的电压电流数据发送到发射端控制。

所述的第一逆变器模组包括MOS管T1、T2、T3、T4组成的第一逆变桥及其驱动电路；第一串联补偿网络包括电容Cs1；第三串联补偿网络包括电容Cs2；第一同步整流模块包括第一同步整流检测电路、MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥以及其驱动电路；电容C1并联在MOS管T1、T2、T3、T4组成的逆变桥的输入端，电容Cs1与发射端线圈L1串联后连接在MOS管T1、T2、T3、T4组成的第一逆变桥的输出端之间；电容Cs2与接收端线圈L2串联后连接在MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥的输入端，电感L5和电容串联后接在MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥的输出端，所述的第一同步整流检测电路与MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥，以及第一整流桥的驱动电路连接，用于检测MOS管T6、T8的DS两端电压，根据MOS管T6、T8的DS两端电压情况，进而输出驱动信号控制第一整流桥中MOS管的开通与关闭，实现同步整流。

所述的第二逆变器模组包括MOS管T9、T10、T11、T12组成的第二逆变桥及其驱动电路；第二串联补偿网络包括Cs3；第二松耦合变压器包括发射线圈L3与接收线圈L4；；第四串联补偿网络包括Cs4；第二同步整流模块包括第二同步整流检测电路、MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥以及其驱动电路；电容C3并联在MOS管T9、T10、T11、T12组成的逆变桥的输入端，电容Cs3与发射端线圈L3串联后连接在MOS管T9、T10、T11、T12组成的第二逆变桥的输出端之间；电容Cs4与接收端线圈L4串联后连接在MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥的输入端，电感L6和电容C4串联后接在MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥的输出端，所述的第二同步整流检测电路与MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥、以及第二整流桥的驱动电路连接，用于检测MOS管T14、T16的DS两端电压，且根据MOS管T14、T16的DS两端电压情况，进而输出驱动信号控制第二整流桥中MOS管的开通与关闭，实现同步整流。

本发明无线电能传输系统的发射端输入电压通过滤波电容C1和电容C3串联分压，电容C1与第一逆变器模组并联，电容C3与第二逆变器模组并联，因此实现第一逆变器模组与第二逆变器模组串联连接。采用输入串联的方式针对同等输入电压的情况下降低了MOS管的电压应力，也降低了低电压输出情况下的松耦合变压器线圈的设计难度；

电容C2与电容C4并联连接作为输出本发明无线电能传输系统的输出，因此实现第一同步整流模组与第二同步整流模组并联输出。

接收端控制器包括接收端差分电路、接收端霍尔传感电路、接收端无线通讯模块和接收端控制芯片，所述的接收端差分电路用于对无线电能传输系统输出端两端电压进行采样，所述的接收端霍尔传感电路用于对第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块输出端电流进行采样，即对电容C2、C4的两端电压进行采样，对滤波电感L5输出的电流、滤波电感L6输出的电流进行采样，由接收端控制芯片将采样信号进行AD转换后并通过接收端无线通讯模块将采集到的无线电压电流参数发送到发射端控制器。

发射端控制器包括发射端差分电路、发射端霍尔传感电路、发射端无线通讯模块和主控芯片，发射端差分电路、发射端霍尔传感电路、发射端无线通讯模块分别与主控芯片连接，主控芯片内部包括第一调频模块、第二调频模块、第一PWM模块和第二PMW模块；发射端差分电路用于采集第一逆变桥和第二逆变桥的输入电压参数，发射端霍尔传感电路用于采集第一逆变桥和第二逆变桥的逆变输出电流参数，同时发射端控制器通过发射端无线通讯模块接收接收端发来的无线电能传输系统输出端电压电流参数，所述的第一调频模块用于对第一PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value1和移相角phase1进行调节与计算，所述的第二调频模块用于对第二PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value2和移相角phase2进行调节与计算；

发射端控制器通过第一PWM模块和第二PMW模块输出两组驱动信号，分别为第一组驱动信号和第二组驱动信号，第一PWM模块输出第一驱动信号，第二PWM模块输出第二驱动信号，第一PWM模块通过第一逆变桥的驱动电路驱动MOS管T1、T2、T3、T4组成的第一逆变桥，第二PMW模块通过第二逆变桥的驱动电路驱动MOS管T5、T6、T7、T8组成的第二逆变桥。发射端控制器根据接收到的无线电能传输系统输出端电压电流参数、采集到的两个逆变桥的输入电压与逆变输出电流参数，采用变频移相控制方式进行多环路调节，再通过第一PWM模块和驱动第二PMW模块分别对第一逆变桥和第二逆变桥进行控制，从而实现系统的恒流恒压多阶段智能控制，实现输入均压、输出均流效果。

发射端差分电路进行电压采样后转换为小信号直接连接主控芯片的AD口，主控芯片内部进行AD转换；发射端霍尔传感电路采用霍尔传感器进行电流采样后转换为电压信号直接连接主控芯片的AD口，主控芯片内部进行AD转换。接收端控制器采集到的电压电流参数通过无线方式传送到发射端控制器，发射端控制器采用多环路自适应控制方法，实现系统的恒流恒压多阶段智能控制。

一种串入并出无线电能传输系统的控制方法，包括计算发射端控制器的第一驱动信号和第二驱动信号，具体包括如下步骤：

步骤1，发射端控制器采集串联电容C1、C3上的电压相加后作为无线电能传输系统输入总电压，输入总电压除以2作为第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块的输入电压给定值V_half-in-ref；

步骤2，电容C1上的电压值V_in1作为第一无线电能传输模块的输入反馈值与输入电压给定值V_half-in-ref进行PI运算，运算结果记为PI_out1，且0≤PI_out1≤1；

电容C3上的电压值V_in2作为第二无线电能传输模块的输入反馈值与输入电压给定值V_half-in-ref进行PI运算，运算结果记为PI_out2，且0≤PI_out2≤1。

无线电能传输系统输出电压V_out与输出电压给定值V_{out_ref}的进行PI运算，运算结果记为PI_out3，且0≤PI_out3≤1。

步骤4，计算第一无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref1：

第一无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref1等于，第一无线电能传输模块输入端电压PI运算值除以前一次第一无线电能传输模块输入端电压PI运算与第二无线电能传输模块的输入端电压PI运算结果之和，再乘以输出电压环的PI计算结果以及无线电能传输系统设定总输出电流值I_out-ref。

计算第二无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref2：

第二无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref2等于，第二无线电能传输模块输入端电压PI运算值除以前一次第一无线电能传输模块输入端电压PI运算与第二无线电能传输模块的输入端电压PI运算结果之和，再乘以输出电压的PI计算结果以及无线电能传输系统设定总输出电流值I_out-ref。

上式中

的作用在于将无线电能传输系统设定总输出电流值I_out-ref进行按比例分配。

步骤5，将接收端反馈回的第一无线电能传输模块的实际输出电流值I_out-1与计算所得的给定电流值I_out-ref1进行PI运算，其结果作为移相调节系数a；

将接收端反馈回的第二无线电能传输模块的实际输出电流值I_out-2与计算所得的给定电流值I_out-ref2进行PI运算，其结果作为移相调节系数b。

发射端控制器中的主控芯片采用TI的TMS320F28335，主控芯片中的第一调频模块根据第一逆变模块输出的电流与输出的电压之间的相位关系对第一PWM模块进行频率调节。具体的，调节的是第一PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value1，且移相角phase1＝a*value1，第一PWM模块输出调频移相后的4路PWM信号，作为驱动第一逆变器模组的4个MOS管T1、T2、T3、T4的4个驱动信号。

同样，第二调频模块根据第二逆变模块输出的电流与输出的电压之间的相位关系对第二PWM模块进行频率调节。具体的，调节的是第二PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value2，且移相角phase2＝b*value2，第二PWM模块输出调频移相后的4路PWM信号，作为驱动第二逆变器模组的4个MOS管T9、T10、T11、T12的4个驱动信号。

本发明的有益效果：本发明中的第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块均采用单级控制方式，简化了系统结构，降低了损耗，提高了系统传输效率；针对同等输入电压情况下，采用输入串联方式的两个模块与常规一个模块方式相比，输入串联方式的单个模块的输入电压为常规方式的一半，降低了MOS管的电压应力，适合应用于高压输入场合；并且在高压输入低压输出情况下，采用单级控制时，松耦合变压器的匝比匹配设计难度较大，采用串联输入时，相当于降低了输入电压，也就降低了松耦合变压器线圈的设计难度；采用并联输出的方式有效的提高了系统的输出能力；采用了输入电压、输出电压、输出电流多环路控制并结合变频移相控制技术，为实现系统的高效可靠均衡工作提供了条件。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

图2是本发明的部分电路拓扑图。

图3是本发明的控制逻辑图。

具体实施方式

为使本发明创造的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明创造的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明创造无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。

本发明公布的一种串入并出无线电能传输系统及其控制方法，其具体的系统框图如图1所示，一种串入并出无线电能传输系统包括第一无线电能传输模块、第二无线电能传输模块、发射端控制器和接收端控制器；

第一无线电能传输模块、第二无线电能传输模块、采用输入串联方式，即输入电压通过相同容量的电容C1、C3分压后，分别作为第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块的输入；

第一无线电能传输模块包括电容C1、第一逆变器模组、第一串联补偿网络、第一松耦合变压器、第三串联补偿网络、第一同步整流模块、电容C2和电感L5；第一松耦合变压器包括发射线圈L1与接收线圈L2；

第二无线电能传输模块包括电容C3、第二逆变器模组、第二串联补偿网络、第二松耦合变压器、第四串联补偿网络、第二同步整流模块、电容C4和电感L6；第二松耦合变压器包括发射线圈L3与接收线圈L4；

电容C1与第一逆变器模组的输入端并联，电容C3与第二逆变器模组的输入端并联。第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块都采用SS补偿模式，第一无线电能传输模块中第一串联补偿网路与第二无线电能传输模块中的第三串联补偿网路的参数一样，第一无线电能传输模块中第二串联补偿网路与第二无线电能传输模块中的第四串联补偿网路的参数一样；第一松耦合变压器与第二松耦合变压器的参数与结构都一样；第一无线电能传输模块中的第一同步整流模块输出接L1与C2滤波后输出，第二无线电能传输模块中的第二同步整流模块输出接L2与C4滤波后输出，第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块的输出端并联后输出给电池负载充电。

图2为系统的拓扑结构图，第一逆变器模组包括MOS管T1、T2、T3、T4组成的第一逆变桥以及其驱动电路组成；第一串联补偿网络包括电容C_s1；第一松耦合变压器包括发射线圈L1与接收线圈L2；第二串联补偿网络包括电容C_s2；第一同步整流模块包括第一同步整流检测电路、MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥、以及第一整流桥驱动电路；所述的第一同步整流检测电路与MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥、以及第一整流桥的驱动电路连接，用于检测MOS管T6、T8的DS两端电压；根据DS级之间的电压情况判断是否有电流流过MOS管T6、T8，进而输出驱动信号到第一整流桥的驱动电路，控制第一整流桥中MOS管的开通与关闭，达到同步整流效果。

第二逆变器模组包括MOS管T9、T10、T11、T12组成的第二逆变桥以及其驱动电路；第三串联补偿网络包括C_s3；第二松耦合变压器包括发射线圈L3与接收线圈L4；第四串联补偿网络包括Cs4；第二同步整流模块包括第二同步整流检测电路、MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥以及其驱动电路；所述的第二同步整流检测电路与MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥、以及第二整流桥的驱动电路连接，用于检测MOS管T14、T16的DS两端电压；根据DS级之间的电压情况判断是否有电流流过MOS管T14、T16，进而输出驱动信号到第二整流桥的驱动电路，控制第一整流桥中MOS管的开通与关闭，达到同步整流效果。

电容C1、第一逆变器模组、第一串联补偿网络和发射线圈L1构成了第一无线电能传输模块的发射端；第三串联补偿网络、第一同步整流模块、电容C2、电感L5和接收线圈L2构成了第一无线电能传输模块的接收端；电容C3、第二逆变器模组、第二串联补偿网络和发射线圈L3构成了第二无线电能传输模块的发射端；第四串联补偿网络、第二同步整流模块、电容C4、电感L6和接收线圈L4构成了第二无线电能传输模块的接收端。

第一无线电能传输模块的发射端和第二无线电能传输模块的发射端构成了本发明的无线电能传输系统的发射端；第一无线电能传输模块的接收端和第二无线电能传输模块的接收端构成了本发明的无线电能传输系统的接收端。

无线电能传输系统发射端输入电压通过滤波电容C1、C3串联分压，电容C1与第一逆变器模组并联，电容C3与第二逆变器模组并联，因此实现第一逆变器模组与第二逆变器模组串联连接。第一同步整流模块输出接电感L5、电容C2组成的LC滤波电路，第二同步整流模块输出接电感L6、电容C4组成的LC滤波电路，电容C2与电容C4并联连接作为无线电能传输系统的输出，因此实现第一同步整流模组与第二同步整流模组并联输出。

发射端控制器包括发射端差分电路、发射端霍尔传感电路、发射端无线通讯模块和主控芯片；主控芯片包括第一调频模块、第二调频模块、第一PWM模块和第二PMW模块。

接收端控制器包括接收端差分电路、接收端霍尔传感电路、接收端无线通讯模块和接收端控制芯片。所述的接收端差分电路用于对无线电能传输系统输出端两端电压进行采样，所述的接收端霍尔传感电路用于对第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块输出端电流进行采样，由接收端控制芯片将采样信号进行AD转换后并通过接收端无线通讯模块将采集到的电压电流参数发送到发射端控制器。

发射端控制器实现对第一逆变桥和第二逆变桥的控制、接收端控制器实现第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块输出端的电压电流参数的采集与传输，发射端控制器接收接收端传送过来的参数以及采集第一逆变桥和第二逆变桥的输入电压与逆变输出电流参数。发射端差分电路对第一逆变桥和第二逆变桥的输入电压进行采样后转换为小信号直接连接主控芯片的AD口，主控芯片的内部进行AD转换；发射端霍尔传感电路对第一逆变桥和第二逆变桥的逆变输出电流进行采样后转换为电压信号直接连接主控芯片的AD口，主控芯片的内部进行AD转换。接收端控制器将第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块输出端的电压电流信息通过无线方式传送到发射端控制器，发射端控制器采用多环路自适应控制方法，实现系统的恒流恒压多阶段智能控制，如图3所示，具体的控制方法包括如下步骤。

步骤1，发射端控制器采集串联电容C1、C3上的电压相加后作为无线电能传输系统输入总电压，输入总电压除以2作为第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块的输入电压给定值V_half-in-ref；

步骤2，电容C1上的电压值V_in1作为第一无线电能传输模块的输入反馈值与输入电压给定值V_half-in-ref进行PI运算，运算结果记为PI_out1，且0≤PI_out1≤1；

电容C3上的电压值V_in2作为第二无线电能传输模块的输入反馈值与输入电压给定值V_half-in-ref进行PI运算，运算结果记为PI_out2，且0≤PI_out2≤1。

无线电能传输系统输出电压V_out与输出电压给定值V_{out_ref}的进行PI运算，运算结果记为PI_out3，且0≤PI_out3≤1；；

步骤3，计算第一无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref1：

第一无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref1等于，第一无线电能传输模块输入端电压PI运算值除以前一次第一无线电能传输模块输入端电压PI运算与第二无线电能传输模块的输入端电压PI运算结果之和，再乘以输出电压环的PI计算结果以及无线电能传输系统设定总输出电流值I_out-ref。

计算第二无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref2：

第二无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref2等于，第二无线电能传输模块输入端电压PI运算值除以前一次第一无线电能传输模块输入端电压PI运算与第二无线电能传输模块的输入端电压PI运算结果之和，再乘以输出电压的PI计算结果以及无线电能传输系统设定总输出电流值I_out-ref。

步骤4，将接收端反馈回的第一无线电能传输模块的实际输出电流值I_out-1与计算所得的给定电流值I_out-ref1进行PI运算，其结果作为移相调节系数a；

将接收端反馈回的第二无线电能传输模块的实际输出电流值I_out-2与计算所得的给定电流值I_out-ref2进行PI运算，其结果作为移相调节系数b；

主控芯片中的第一调频模块调节第一PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value1，且移相角phase1＝a*value1，第一PWM模块输出调频移相后的4路PWM信号，作为驱动第一逆变器模组的4个MOS管T1、T2、T3、T4的4个驱动信号；

第二调频模块调节第二PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value2，且移相角phase2＝b*value2，第二PWM模块输出调频移相后的4路PWM信号，作为驱动第二逆变器模组的4个MOS管T9、T10、T11、T12的4个驱动信号。

Claims (1)

1.一种串入并出无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，采用一种串入并出无线电能传输系统，所述系统包括第一无线电能传输模块、第二无线电能传输模块、发射端控制器和接收端控制器；第一无线电能传输模块的输入端和第二无线电能传输模块的输入端串联、第一无线电能传输模块输出端和第二无线电能传输模块的输出端并联；

第一无线电能传输模块包括电容C1、第一逆变器模组、第一串联补偿网络、第一松耦合变压器、第三串联补偿网络、第一同步整流模块、电容C2和电感L5；第一松耦合变压器包括发射线圈L1与接收线圈L2；电容C1、第一逆变器模组、第一串联补偿网络和发射线圈L1构成了第一无线电能传输模块的发射端；第三串联补偿网络、第一同步整流模块、电容C2、电感L5和接收线圈L2构成了第一无线电能传输模块的接收端；

电容C1并联在第一无线电能传输模块的输入端，电容C1与第一逆变器模组的输入端并联，第一逆变器模组、第一串联补偿与发射线圈L1依次连接；接收线圈L2、第三串联补偿网络和第一同步整流模块依次连接，第一同步整流模块的输出端连接由电感L5和电容C2形成LC滤波电路，电容C2的两端为第一无线电能传输模块的输出端；

第二无线电能传输模块包括电容C3、第二逆变器模组、第二串联补偿网络、第二松耦合变压器、第四串联补偿网络、第二同步整流模块、电容C4和电感L6；第二松耦合变压器包括发射线圈L3与接收线圈L4；电容C3、第二逆变器模组、第二串联补偿网络和发射线圈L3构成了第二无线电能传输模块的发射端；第四串联补偿网络、第二同步整流模块、电容C4、电感L6和接收线圈L4构成了第二无线电能传输模块的接收端；

电容C3并联在第二无线电能传输模块的输入端，电容C3与第二逆变器模组的输入端并连，第二逆变器模组、第二串联补偿与发射线圈L3依次连接；接收线圈L4、第四串联补偿网络和第二同步整流模块依次连接，第二同步整流模块的输出端连接由电感L6和电容C4形成LC滤波电路，电容C4的两端为第二无线电能传输模块的输出端；

电容C4与电容C2并联，电容C1与电容C3串连；

发射端控制器与第一逆变器模组和第二逆变器模组连接，用于测量第一逆变器模组输入端的电压和第二逆变器模组输入端的电压、测量第一逆变器模组输出端的电流和第二逆变器模组输出端的电流、以及用于输出驱动信号到第一逆变器模组和第二逆变器模组；

接收端控制器与第一无线电能传输模块的输出端以及第二无线电能传输模块的输出端连接，用于测量第一无线电能传输模块的输出端的电压、电流；以及第二无线电能传输模块的输出端的电压、电流；并将测得的电压电流数据发送到发射端控制；

所述的第一逆变器模组包括MOS管T1、T2、T3、T4组成的第一逆变桥及其驱动电路；第一串联补偿网络包括电容Cs1；第三串联补偿网络包括电容Cs2；第一同步整流模块包括第一同步整流检测电路、MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥以及其驱动电路；

电容C1并联在MOS管T1、T2、T3、T4组成的逆变桥的输入端，电容Cs1与发射端线圈L1串联后连接在MOS管T1、T2、T3、T4组成的第一逆变桥的输出端之间；电容Cs2与接收端线圈L2串联后连接在MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥的输入端，电感L5和电容串联后接在MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥的输出端，所述的第一同步整流检测电路与MOS管T5、T6、T7、T8组成的第一整流桥，以及第一整流桥的驱动电路连接，用于检测MOS管T6、T8的DS两端电压，根据MOS管T6、T8的DS两端电压情况，进而输出驱动信号控制第一整流桥中MOS管的开通与关闭，实现同步整流；

所述的第二逆变器模组包括MOS管T9、T10、T11、T12组成的第二逆变桥及其驱动电路；第二串联补偿网络包括Cs3；第二松耦合变压器包括发射线圈L3与接收线圈L4；第四串联补偿网络包括Cs4；第二同步整流模块包括第二同步整流检测电路、MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥以及其驱动电路；

电容C3并联在MOS管T9、T10、T11、T12组成的逆变桥的输入端，电容Cs3与发射端线圈L3串联后连接在MOS管T9、T10、T11、T12组成的第二逆变桥的输出端之间；电容Cs4与接收端线圈L4串联后连接在MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥的输入端，电感L6和电容C4串联后接在MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥的输出端，所述的第二同步整流检测电路与MOS管T13、T14、T15、T16组成的第二整流桥、以及第二整流桥的驱动电路连接，用于检测MOS管T14、T16的DS两端电压，且根据MOS管T14、T16的DS两端电压情况，进而输出驱动信号控制第二整流桥中MOS管的开通与关闭，实现同步整流；

接收端控制器包括接收端差分电路、接收端霍尔传感电路、接收端无线通讯模块和接收端控制芯片，所述的接收端差分电路用于对无线电能传输系统输出端两端电压进行采样，所述的接收端霍尔传感电路用于对第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块输出端电流进行采样，由接收端控制芯片将采样信号进行AD转换后并通过接收端无线通讯模块将采集到的电压电流参数发送到发射端控制器；

发射端控制器包括发射端差分电路、发射端霍尔传感电路、发射端无线通讯模块和主控芯片；

发射端差分电路、发射端霍尔传感电路、发射端无线通讯模块分别与主控芯片连接，主控芯片包括第一调频模块、第二调频模块、第一PWM模块和第二PMW模块；发射端差分电路用于采集第一逆变桥和第二逆变桥的输入电压参数，发射端霍尔传感电路用于采集第一逆变桥和第二逆变桥的逆变输出电流参数，同时发射端控制器通过发射端无线通讯模块接收接收端发来的无线电能传输系统输出端电压电流参数；所述的第一调频模块用于对第一PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value1和移相角phase1进行调节与计算，所述的第二调频模块用于对第二PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value2和移相角phase2进行调节与计算；

发射端控制器通过第一PWM模块和第二PMW模块输出两组驱动信号，分别为第一组驱动信号和第二组驱动信号，第一PWM模块通过第一逆变桥的驱动电路驱动MOS管T1、T2、T3、T4组成的第一逆变桥，第二PMW模块通过第二逆变桥的驱动电路驱动MOS管T9、T10、T11、T12组成的第二逆变桥；

所述控制方法包括计算发射端控制器的第一驱动信号和第二驱动信号，具体包括如下步骤：

步骤1，发射端控制器采集串联电容C1、C3上的电压相加后作为无线电能传输系统输入总电压，输入总电压除以2作为第一无线电能传输模块和第二无线电能传输模块的输入电压给定值V_half-in-ref；

步骤2，电容C1上的电压值V_in1作为第一无线电能传输模块的输入反馈值与输入电压给定值V_half-in-ref进行PI运算，运算结果记为PI_out1，且0≤PI_out1≤1；

电容C3上的电压值V_in2作为第二无线电能传输模块的输入反馈值与输入电压给定值V_half-in-ref进行PI运算，运算结果记为PI_out2，且0≤PI_out2≤1；

无线电能传输系统输出电压V_out与输出电压给定值V_{out_ref}的进行PI运算，运算结果记为PI_out3，且0≤PI_out3≤1；

步骤3，计算第一无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref1：

第一无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref1等于，第一无线电能传输模块输入端电压PI运算值除以前一次第一无线电能传输模块输入端电压PI运算与第二无线电能传输模块的输入端电压PI运算结果之和，再乘以输出电压环的PI计算结果以及无线电能传输系统设定总输出电流值I_out-ref；

计算第二无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref2：

第二无线电能传输模块的电流给定值I_out-ref2等于，第二无线电能传输模块输入端电压PI运算值除以前一次第一无线电能传输模块输入端电压PI运算与第二无线电能传输模块的输入端电压PI运算结果之和，再乘以输出电压的PI计算结果以及系统设定总输出电流值I_out-ref；

步骤4，将接收端反馈回的第一无线电能传输模块的实际输出电流值I_out-1与计算所得的给定电流值I_out-ref1进行PI运算，其结果作为移相调节系数a；

将接收端反馈回的第二无线电能传输模块的实际输出电流值I_out-2与计算所得的给定电流值I_out-ref2进行PI运算，其结果作为移相调节系数b；

主控芯片中的第一调频模块调节第一PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value1，且移相角phase1＝a*value1，第一PWM模块输出调频移相后的4路PWM信号，作为驱动第一逆变器模组的4个MOS管T1、T2、T3、T4的4个驱动信号；

第二调频模块调节第二PWM模块输出的PWM信号的脉宽周期值value2，且移相角phase2＝b*value2，第二PWM模块输出调频移相后的4路PWM信号，作为驱动第二逆变器模组的4个MOS管T9、T10、T11、T12的4个驱动信号。

Images