CN1933284A - 非接触感应电能传输系统输出电压的检测与闭环控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触感应电能传输系统输出电压的检测与闭环控制方法，该方法通过压控振荡器将负载侧直流电压转换成与一个频率随负载侧电压成比例关系的方波信号，将该方波信号加在一个可分离变压器的原边，通过检测耦合至另一侧方波信号的频率，间接获取负载侧电压，改变作用在可分离变压器的原边电压，即可控制负载电压。本发明通过控制输入耦合回路实现输出电压可控，解决非接触感应电能传输系统中负载侧电压不可控的缺点，将大大推动非接触感应电能传输技术的实用化进程。
Description
技术领域
本发明属于电力电子领域中非接触感应电能传输系统的应用范畴，涉及一种非接触感应电能传输系统输出电压的检测与闭环控制方法。
背景技术
经申请人进行的资料检索，截止目前为止，现有技术中还没有提出通过实时检测负载侧电压，使输入耦合回路、输出耦合回路构成闭环系统来实现输出电压的稳定。目前研究基本为开环系统或输出回路闭环：即开环系统是通过设定、计算，将耦合变压器的耦合距离严格固定，使输出电压稳定为一个期望的输出电压值，该方式的缺点十分明显，输出电压会随着耦合介质的变化、耦合距离的变化以及使用场所的变化而变化，输出电压基本表现为不可控制；输出回路闭环是对负载侧经整流电路的直流输出电压再进行调节(直流斩波电路或逆变电路)。这样做的缺点有两个，一是负载侧需另加直流电源从而达到驱动开关器件的目的，造成输出耦合回路电路结构复杂、实用性差，特别是在一些对输出耦合回路有体积要求的场合(如人体内植入设备)；另一个缺点是不论外加直流斩波电路或逆变电路均对整个系统产生影响，最终影响原边谐振电路的输出，影响整个系统的传输效率。
以下给出检索的相关文献：
【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 Exhibition：Asia 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。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种非接触感应电能传输系统输出电压的检测与闭环控制方法。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种非接触感应电能传输系统输出电压的检测与闭环控制方法，其特征在于，该方法通过压控振荡器将负载侧直流电压转换成与一个频率随负载侧电压成比例关系的方波信号，将该方波信号加在一个可分离变压器的原边，通过检测耦合至另一侧方波信号的频率，间接获取负载侧电压；改变可分离变压器的原边侧DC-DC调压电路开关器件的占空比，即可调节施加于变压器原边的电压，从而达到控制负载电压。
本发明的方法，通过控制输入耦合回路实现输出电压可控，有效解决非接触感应电能传输系统中负载侧电压不可控的缺点，将大大推动非接触感应电能传输技术的实用化进程。
附图说明
图1是负载侧电压控制系统构成图；
图2是仿真系统模型；
图3是负载侧输出电压波形图；
图4是负载侧输出电压稳定时最高处放大图；
图5负载侧输出电压稳定时最低处放大图；
图6是逆变电路的电压电流波形图；
图7是逆变电路的电压电流波形放大图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
本发明的方法完成了非接触感应电能传输系统的负载侧电压控制，系统构成如图1所示。包括整流电路、电压调理电路、比较器、压控振荡器、可分离变压器、频率-电压变换器、电压频率变换器及其电阻。
可分离变压器与传统变压器不同，由于存在很大的漏感，使得其原边副边电压电流关系相比较于传统变压器没有固定的比例关系，因此不能直接根据原边电压推导出副边电压，或根据副边电流推导出原边电流。但可分离变压器中存在与传统变压器相同之处：即其原副边信号频率相同。因此可以利用这一点，将负载侧直流电压信号通过一个压-频变换装置(可直接利用输出电压实现变换装置的工作电压，无需另加辅助电源)，转换成一个频率随输入直流电压变化而变化的方波，通过负载侧的压控振荡器将负载侧直流电压转换成为频率随负载电压成比例关系的方波信号，再将该方波信号加在一个可分离变压器上。通过检测耦合至可分离变压器另一侧方波信号的频率就可以间接获取负载侧电压。
将获取的负载侧电压与期望负载输出电压进行比较，误差信号输入误差信号调节电路与驱动电路，通过调节前端DC-DC电路的开关器件的驱动信号的占空比，改变作用在可分离变压器的原边电压，从而可以到达了控制输出电压的目的。以解决非接触感应电能传输系统中负载侧电压不可控的缺点。本发明将大大推动非接触感应电能传输技术的实用化进程。
基于以上分析搭建了仿真系统。仿真系统如图2所示。系统由原边DC-DC变换电路，原边高频逆变部分，负载整流部分，反馈跟踪部分4部分构成。其中原边直流斩波电路为buck电路，逆变部分采用频率跟踪控制方法，负载侧整流部分为单向桥式不可控整流电路。
给定原边电压20V，期望输出为10V，负载侧输出电压如图3所示。由图可知通过这种方法可以达到控制负载侧电压的目的。
负载侧输出电压放大如图4图5所示。图4为稳定输出的最高电压处放大波形。图5为负载侧输出电压稳定时最低处放大图。由图可知，负载输出电压稳定时，电压波动不超过1V，较好的实现了控制负载侧输出电压的目的。
应用频率跟踪的谐振式逆变电路的电压电流波形如图6，图7所示。达到了频率跟踪的目的。电压电流基本达到了同相。
由上面的仿真结果可知，通过调节非接触感应电能传输系统的原边电压的方法可以实现控制负载侧电压的目的。
Claims (1)
1.一种非接触感应电能传输系统输出电压的检测与闭环控制方法，其特征在于，该方法通过压控振荡器将负载侧直流电压转换成与一个频率随负载侧电压成比例关系的方波信号，将该方波信号加在一个可分离变压器的原边，通过检测耦合至另一侧方波信号的频率，间接获取负载侧电压；改变可分离变压器的原边侧DC-DC调压电路开关器件的占空比，可调节施加于变压器原边的电压，即可控制负载电压。
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| CNA2006101046544A CN1933284A (zh) | 2006-09-26 | 2006-09-26 | 非接触感应电能传输系统输出电压的检测与闭环控制方法 |
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