CN202334012U

CN202334012U - 基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统

Info

Publication number: CN202334012U
Application number: CN2011204563394U
Authority: CN
Inventors: 谭林林; 黄学良; 王维; 强浩; 吉青晶; 赵家明; 周亚龙
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-17

Abstract

本实用新型公开了一种基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，由变压整流变换电路、谐波抑制单元、高频振荡单元、电源控制单元组成。其中变压整流变换电路实现系统的输入功率和输入电压的可调控制，并将工频电转换为直流电；谐波抑制单元将变压整流变换电路转换的直流电压中的谐波滤除，同时避免高频振荡系统的高频谐波影响到前级电路，高频振荡单元以直流电源为输入经过振荡产生高频高压的功率交流电，振荡回路中采用LC振荡回路，参与振荡的电容C采用可调电容，通过电源控制单元控制与电容C的调节杆相连的步进电机的转动实现电容值C的调节。该系统可作为大功率的无线输电装置的高频电源的控制系统。

Description

基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统

技术领域

本实用新型涉及无线输电高频电源领域，尤其涉及一种频率可调的无线输电装置的电源控制系统，适用于频率调节变化范围不大的场合以及对频率稳定性要求较高的场合。

背景技术

近年来科技的不断发展，越来越多的电子设备为我们的生活带来便捷的同时，也受到众多电源线和数据线的困扰，这就迫使我们寻找一种新的能量传输方式来避免众多复杂的电源线等。因此无线电能传输作为一种新的能量传输方式正逐渐受到人们的重视，它有十分重要的应用价值及开发前景，对能量的供应方式和人们的生活产生难以估量的影响。目前，具有较好应用前景的无线输电技术是基于磁耦合谐振技术实现的无线充电系统，而该系统一般工作在几MHz到几十MHz之间，现有的功率电源一般多在几百到几十千赫兹之间。而MHz输出的功率电源比较昂贵，且设计复杂，多采用电子器件多级放大的方式实现。而采用高频振荡原理设计高频电源，电源的频率不易自动调节。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足之处，提供一种基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统的设计方法及其解决方案，有效地实现大功率输出电源的频率调节。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，包括变压整流变换电路、谐波抑制单元、高频振荡单元和电源控制单元；其中变压整流变换电路将输入电源的电压进行升降压处理，并将处理后的电压转变为直流电输入至谐波抑制单元；谐波抑制单元将转变后的直流电进行谐波处理后提供给高频振荡单元，作为高频振荡单元的输入电源；高频振荡单元采用LC振荡电路将直流电经过振荡变为交流电输出至接收端，其中LC振荡电路中的电容C采用可调真空电容，所述可调真空电容的调节杆与同轴电机连接；电源控制单元用于控制调节高频振荡单元中的输入电压、以及通过控制同轴电机的旋转来调节LC振荡电路中的电容值。

进一步的，本实用新型的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，所述变压整流变换电路由IGBT组成的三相调压电路、整流硅堆组成的全桥整流电路组成，或者由IGBT组成的单相调压电路、整流硅堆组成的全桥整流电路组成。

进一步的，本实用新型的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，所述谐波抑制单元由RC阻容吸收器、LCR滤波网络组成。

进一步的，本实用新型的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，所述LC振荡电路中的电感Ｌ采用空心的螺旋电感。

进一步的，本实用新型的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，所述电源控制单元包括电流电压采集器、鉴相器、处理器；其中电流电压采集器用于采集高频振荡单元振荡回路中的电流、电压值信号；然后将电流、电压值信号输入至鉴相器进行分析处理得到电流电压信号的相位、幅值、频率；最后将电流电压信号的相位、幅值、频率送入处理器中分别生成用于控制变压整流变换电路中IGBT开断的控制信号、用于控制同轴电机旋转的控制信号，从而控制高频振荡单元中的输入电压以及LC振荡电路中的电容值。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）通过单一功率管即实现高频振荡功率的输出，结构简单，克服了多级功率放大方案的复杂性；

（2）通过主控制器直接控制振荡回路中的电容值进而改变输出的频率，控制简单，同时对电源频率的调节可转成为对伺服电机的控制，可实现系统的自动调节，为电源能自动适应负载频率的匹配提供可行的方法；

（3）可以采用响应速度更快的电机或伺服系统来提高系统的响应速度。

附图说明

图1 为本实用新型基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统总体框图；

图2 为电源控制系统内部控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

参照图1所示的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，由变压整流变换电路1、谐波抑制单元2、高频振荡单元3和电源控制单元4组成，工作过程如下：

采用市电或动力电为输入电源，通过变压整流变换电路将电压进行升降压处理，并将处理后的电压转变为直流电。将转变后的直流电经过谐波抑制单元的RC阻容吸收器、LCR滤波网络处理，形成基本无谐波的直流电源提供给高频振荡单元，作为高频振荡单元的输入电源。通过电源控制单元控制变压整流变换电路中的IGBT的触发角，从而实现对高频振荡单元的输入电压的控制。

高频振荡单元采用LC振荡电路，电感Ｌ采用空心的螺旋电感实现，电容C采用可调真空电容实现，通过将可调真空电容的调节杆连接至同轴的电机，控制电机的转动实现对电容值的调节。

电源系统的输出频率可由

Figure 2011204563394100002DEST_PATH_IMAGE001

得到，因此，在电感Ｌ不变的情况下，调节电容值C可实现对系统输出频率的改变。另外，电源控制单元可实时监测采集LC振荡回路的电压、电流值信号，通过电源控制单元的处理器和鉴相器结合判断其相位差、频率等，形成进一步控制信号对步进电机进行实时调节，改变振荡回路中电容Ｃ的值，从而改变高频振荡单元输出的频率，适用于频率调节变化范围不大的场合以及对频率稳定性要求较高的场合。

配合图2所示，电源控制单元主要包括电流电压转换器4-1，差分电压比较器4-2，鉴相器4-3，处理器4-4，电机驱动器4-5，IGBT驱动器4-6。其中，所述的处理器4-4分别发出控制信号经过电机控制器4-5、IGBT驱动器控制电机的旋转和IGBT的开断。从而调节改变电容C的值和高频振荡单元3的输入电压，进而实现系统输出频率和输出电压值的改变。实现对系统频率和电压的调节。

在本实施例中，变压整流变换电路对输入的工频市电或动力电通过IGBT的关断进行输出电压的调幅处理，所述的IGBT的驱动控制信号由所述的处理器4-4提供，通过对所述的IGBT的控制可改变输出电压的幅值，而改变后的电压经过整流硅堆的整流输出至谐波抑制单元2，而所述的整流硅堆的连接形式可为全桥或者半桥连接。

谐波抑制单元2由RC和LCL组成的无源滤波单元和RC阻容吸收器，其主要功能是将前级整流输出的电压进行进一步的滤波处理，并形成谐波较小或基本无谐波的直流电压提供给高频振荡单元3。同时，所述的谐波抑制单元2还可以实现将后级高频振荡单元产生的高次谐波分量滤除掉，以免进一步反馈至变压整流变换电路1中，影响变压整流变换电路1的正常工作。

高频振荡单元3采用电容三点式振荡电路，振荡回路中电感L采用空心螺旋电感绕制，电容C采用可调的真空电容。所述的可调真空电容C，其调节杆与一步进电机或伺服电机输出轴相连，通过电机的旋转改变电容C的值，最终实现对振荡频率的改变，电机的控制信号由处理器4-4发出，并经电机驱动器4-5驱动后输出至电机执行。

以上对本实用新型所提供的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，进行了详细的介绍，本文中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上说明是适用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述、本说明书内容不应理解对本实用新型的限制。

Claims

1.一种基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，其特征在于：包括变压整流变换电路、谐波抑制单元、高频振荡单元和电源控制单元；其中变压整流变换电路将输入电源的电压进行升降压处理，并将处理后的电压转变为直流电输入至谐波抑制单元；谐波抑制单元将转变后的直流电进行谐波处理后提供给高频振荡单元，作为高频振荡单元的输入电源；高频振荡单元采用LC振荡电路将直流电经过振荡变为交流电输出至接收端，其中LC振荡电路中的电容C采用可调真空电容，所述可调真空电容的调节杆与同轴电机连接；电源控制单元用于控制调节高频振荡单元中的输入电压、以及通过控制同轴电机的旋转来调节LC振荡电路中的电容值。

2.如权利要求1所述的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，其特征在于：所述变压整流变换电路由IGBT组成的三相调压电路、整流硅堆组成的全桥整流电路组成，或者由IGBT组成的单相调压电路、整流硅堆组成的全桥整流电路组成。

3.如权利要求1所述的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，其特征在于：所述谐波抑制单元由RC阻容吸收器、LCR滤波网络组成。

4.如权利要求1所述的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，其特征在于：所述LC振荡电路中的电感Ｌ采用空心的螺旋电感。

5.如权利要求1或2所述的基于频率可调的无线输电装置的电源控制系统，其特征在于：所述电源控制单元包括电流电压采集器、鉴相器、处理器；其中电流电压采集器用于采集高频振荡单元振荡回路中的电流、电压值信号；然后将电流、电压值信号输入至鉴相器进行分析处理得到电流电压信号的相位、幅值、频率；最后将电流电压信号的相位、幅值、频率送入处理器中分别生成用于控制变压整流变换电路中IGBT开断的控制信号、用于控制同轴电机旋转的控制信号，从而控制高频振荡单元中的输入电压以及LC振荡电路中的电容值。