WO2014139287A1 - 适应多负载动态切换的无线电能传输系统 - Google Patents

适应多负载动态切换的无线电能传输系统 Download PDF

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WO2014139287A1
WO2014139287A1 PCT/CN2013/085500 CN2013085500W WO2014139287A1 WO 2014139287 A1 WO2014139287 A1 WO 2014139287A1 CN 2013085500 W CN2013085500 W CN 2013085500W WO 2014139287 A1 WO2014139287 A1 WO 2014139287A1
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load
circuit
voltage
switching
transmission system
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Inventor
李聃
孙会
秦超
龙海岸
娄兵兵
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海尔集团公司
海尔集团技术研发中心
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Definitions

  • Radio energy transmission system adapted to multi-load dynamic switching This patent application is filed on March 12, 2013, and the application number is 201310078453.1.
  • the applicant is Haier Group Corporation and Haier Group Technology R&D Center.
  • the invention name is "Adapt to Multi-load Dynamic Switching". The priority of the Chinese Patent Application, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
  • the invention belongs to the field of wireless energy transmission, and in particular relates to a wireless power transmission system adapted to dynamic switching of multiple loads.
  • Magnetically coupled resonant radio energy transmission technology utilizes magnetic coupling and resonance technology to achieve wireless transmission of electrical energy, with far transmission distance and high transmission efficiency, and has more performance than electromagnetic wave and electromagnetic induction radio energy transmission technology. The advantages are obtained in a relatively wide range of applications.
  • the power wireless transmission technology has been applied to household appliances, which can realize wireless transmission of a certain power within a few meters, replacing the original "plug + socket" power supply mode, and has the characteristics of being clean, safe, and mobile.
  • household appliances are becoming more and more functional and energy-saving.
  • rice cookers and electric pressure cookers require different degrees of heating at different times to ensure that the processed food has a good taste. Aspects are reflected in fire heating, small fire insulation and so on.
  • the specific implementation of the above functions will involve the dynamic load switching problem of the household appliance.
  • the reflection impedance of the secondary module changes, and the sudden change of the reflection impedance causes a sudden change in the resonance frequency of the entire system.
  • the transient driving frequency in the power supply at the transmitting end cannot be maintained with the resonant frequency.
  • the system works in a detuned state, which causes the switching device current in the inverter circuit to overcurrent.
  • the switching device is burnt, or the self-protection circuit is triggered to disable the system.
  • the output voltage of the secondary module may have overvoltage and undervoltage problems, which may affect the normal operation of the load, resulting in the wireless power transmission system not working properly.
  • the present invention provides a radio energy transmission system adapted to multi-load dynamic switching, which can solve the system detuning phenomenon during multi-load dynamic switching, and the system has better adaptability to dynamic multi-load switching.
  • a radio energy transmission system adapted to multi-load dynamic switching comprising a primary side module for realizing electric energy emission and a secondary side module for realizing electric energy picking, wherein the primary side module transmits electric energy to the secondary side module through electromagnetic coupling resonance, the secondary side
  • the reflection impedance of the secondary side is gradually changed by gradually changing the voltage across the load by soft switching, so that the resonance frequency and phase change of the wireless energy transmission system are maintained in the frequency tracking control adaptive range.
  • the secondary module performs load switching through a soft switching circuit to gradually change the voltage across the load.
  • the soft switching circuit uses a circuit having a linear switching function to gradually change the voltage across the load.
  • the soft switching circuit uses a solid state relay with a soft start function to implement soft switching of the load, so that the voltage across the load is gradually changed.
  • the soft switching circuit uses a programmable hysteresis control circuit to implement soft switching of the load, so that the voltage across the load is gradually changed.
  • the circuit with the linear switch function is an RC delay circuit, and the linear turn-on and turn-off of the switch tube is realized by the RC delay circuit, thereby implementing a soft switching mode of the linear conversion voltage to switch the load.
  • the circuit main body implementing the frequency tracking control is a phase-locked loop closed-loop control system, which includes a serially connected sample, a phase compensation comparator, a phase locked loop, and a P medical driver.
  • the sampling circuit is connected to the primary coil, and the P medical driver is connected to the inverter control circuit and controls the working state of the inverter circuit.
  • the primary side module includes a rectification and filtering regulator circuit, an auxiliary power supply, an inverter circuit, an inverter control circuit, a frequency tracking control circuit, and a primary side coil, wherein:
  • Rectifier filter voltage regulator circuit After AC power is rectified and filtered, the output DC power is used as the input of the inverter circuit;
  • Auxiliary power supply Provide power to the inverter control circuit
  • Inverter circuit converts DC voltage into high-frequency AC voltage as excitation of primary resonance coil
  • Inverter control circuit Outputs P-medical drive control of inverter circuit, and adjusts P according to feedback information of frequency tracking control circuit The frequency and phase of the medical output waveform
  • the frequency tracking control circuit follows the resonance coupling frequency variation of the primary side coil, realizes frequency tracking control of the primary side module loop and transmits to the inverter control circuit;
  • Primary coil A high-frequency alternating electromagnetic field is generated by high-frequency alternating current excitation of the primary coil.
  • the secondary module includes a secondary coil, a power conversion circuit, a load control circuit, and a soft switching circuit, where:
  • Secondary coil The electromagnetic field energy of the primary side is picked up by resonant coupling with the electromagnetic field generated by the primary coil;
  • Power conversion circuit converts the picked high frequency alternating current electromagnetic field into electric energy to provide a suitable voltage to the load control circuit and the load;
  • Load control circuit Select the corresponding load and control various functions of the load.
  • Soft switching circuit When the secondary side module performs load switching, gradually increase the voltage across the load to gradually change the reflection impedance of the secondary side.
  • the secondary side module uses a soft switching circuit to control the switching of multiple loads, so that the reflection impedance of the secondary side is gradually changed, thereby avoiding the occurrence of abrupt changes and reducing the variation of the secondary side reflection impedance to the system.
  • the influence of resonant frequency and phase makes the resonance frequency and phase of the system not exceed the adjustment range of its frequency tracking control, so that the primary module can be smoothly adjusted according to the dynamic change of the load, and the system can work stably;
  • the stability of the output voltage does not cause overshoot or undervoltage of the secondary output voltage.
  • 1 is a structural diagram of a wireless power transmission system adapted to dynamic switching of multiple loads
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a frequency tracking control circuit
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an exemplary soft switching circuit having a linear switching function circuit
  • Figure 4 (a) and Figure 4 (b) are waveform diagrams of the voltage across the load when the load is soft-switched;
  • Figure 5 (a) and Figure 5 (b) are waveform diagrams of the voltage across the load when the load is dynamically switched when there is no soft switching circuit
  • Figure 6 is a block diagram showing the working principle of multi-load dynamic soft handover.
  • a schematic structural diagram of a radio energy transmission system adapted to multi-load dynamic switching according to the present invention is shown.
  • the system includes a primary side module that implements electrical energy emission and a secondary side module that implements electrical energy extraction, the primary side module transmitting electrical energy to the secondary side module by electromagnetic coupling resonance.
  • the primary module mainly includes the following parts:
  • Rectifier filter voltage regulator circuit Mainly after AC power rectification and filtering, output stable DC power, as the input of the inverter circuit;
  • Auxiliary power supply Provide power to the inverter control circuit
  • Inverter circuit converts DC voltage into high-frequency AC voltage as excitation of primary resonance coil
  • Inverter control circuit Outputs P-medical drive control of inverter circuit, and adjusts P according to feedback information of frequency tracking control circuit The frequency and phase of the medical output waveform
  • the frequency tracking control circuit follows the resonance coupling frequency variation of the primary side coil, realizes frequency tracking control of the primary side module loop and transmits to the inverter control circuit;
  • Primary coil A high-frequency alternating electromagnetic field is generated by high-frequency alternating current excitation of the primary coil.
  • the secondary module mainly includes the following parts:
  • Secondary winding The electromagnetic field energy of the primary side is picked up by resonant coupling with the electromagnetic field generated by the primary coil. the amount;
  • Power conversion circuit converts the picked high frequency alternating current electromagnetic field into electric energy to provide a suitable voltage to the load control circuit and the load;
  • Load control circuit Select the corresponding load and control various functions of the load.
  • Soft switching circuit When the secondary side module performs load switching, it can gradually change the voltage across the load to gradually change the reflection impedance of the secondary side.
  • the sampling circuit uses a comparator to detect the voltage across the primary coil, and obtains the resonant frequency of the system, and then according to the voltage signal difference VO at both ends of the primary coil.
  • V0 is differentially amplified to obtain the VI phase.
  • the phase is compared with the phase of the input voltage. Once the system is detuned, the phase difference is generated.
  • the comparison result will get VI, phase compensation for VI, and
  • the reference voltage is compared, and the pulse voltage V V2 which is consistent with the resonant frequency of the transmitting loop is obtained.
  • the voltage is input to the phase locked loop, the phase locked loop outputs a pulse with the same frequency as the V2 frequency to the PWM driver, and the P medical driver is connected to the inverter control circuit and the upper control inverter The circuit switch tube, so that the switching frequency follows the system resonant coupling frequency change, and realizes the frequency tracking control of the transmitting loop.
  • FIG. 3 shows an example of a soft-switching circuit that implements multi-load dynamic soft-switching.
  • the soft-switching circuit mainly includes the following parts:
  • a drive circuit composed of transistors Q1, Q2 The drive circuit increases the drive capability of the drive signal emitted by the load control circuit.
  • the driving circuit can also be replaced by a driving chip;
  • the RC delay circuit is added to the main soft switching circuit.
  • the switching mode is set to linear switch by the RC delay circuit, and the load is switched by the linear adjustment voltage mode, and can be set by adjusting the RC delay circuit parameters.
  • Switching tubes Q3 and Q4 The drive signals control the opening and closing of the switches Q3 and Q4. When Q3 and Q4 are turned on, the voltage can be applied to the load to switch the load.
  • the switching transistors Q3 and Q4 can be related to switching devices such as M0SFETs, IGBTs, power transistors and SCR thyristors, but are not limited to these devices.
  • Figure 4 is a schematic diagram of the voltage change across the load when the load is soft-switched.
  • Figure 4 (a) is a schematic diagram of the voltage variation curve when the voltage across the load is a DC voltage
  • Figure 4 (b) is a schematic diagram of the voltage variation curve when the voltage across the load is an AC voltage
  • UDC and UAC are the voltages applied to the load at the time of load switching, t is time;
  • t time;
  • the power load ( ⁇ ⁇ ) of the system and the load ( ⁇ ⁇ ) of the system are also slowly increasing. The change in power and load per unit time is small, and has little effect on various parameters of the system.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the voltage variation across the load and the primary resonance voltage change when the load is dynamically switched without the soft switching circuit.
  • Figure 5 (a) is a schematic diagram of the voltage variation curve when the voltage across the load is a DC voltage
  • Figure 5 (b) is a schematic diagram of the voltage variation curve when the voltage across the load is an AC voltage
  • the voltage applied to the load is the normal supply voltage when the switch is turned on. This load switching mode is based on A t approximating to 0.
  • the power of the system is abruptly changed, and the reflection impedance of the secondary side is also abrupt. The sudden change of power and the sudden change of the reflection impedance have a great influence on various parameters of the system.
  • Figure 6 shows the block diagram of the multi-load dynamic soft-switching operation, which mainly includes the following parts: Input power: Provides power to the switch tube, when the switch tube is turned on, loads the voltage onto the load; Load control circuit: controls each switch tube Open and close.
  • the switch is a soft-switching switch.
  • soft-switching is used to switch the load.
  • the soft-switching circuit can use a circuit with a linear switching function, a solid-state relay with a soft-start function, and a programmable hysteresis control circuit.
  • Load The load consists of multiple loads, and the loads are connected in parallel.
  • the impedances of the switches Sl and S2 Sn are Zs l and Zs 2 Zsn, respectively;
  • load 2 load N impedance is Zl, Z2 Zn
  • the primary side module is in the frequency tracking control circuit.
  • the driving frequency can be kept consistent with the resonant frequency of the system, and the wireless energy transmission system can work stably.
  • the stability of the output voltage of the system can be guaranteed, and there is no voltage overshoot or undervoltage.

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Abstract

一种适应多负载动态切换的无线电能传输系统，包括实现电能发射的原边模块和实现电能拾取的副边模块，原边模块通过电磁耦合谐振向副边模块传输电能，副边模块在进行不同功率负载切换时，通过软切换逐步增加负载两端电压的方式逐步改变副边的反射阻抗，使原边模块的谐振频率及相位的变化保持在频率跟踪控制的自适应范围内。原边模块能够根据负载的动态变化，平稳地作出调整，使原边模块稳定工作；同时对于系统的输出电压，由于负载切换是采用软切换变换负载，减少了负载变化对系统谐振的影响，同时也保证了副边输出电压的稳定性。

Description

适应多负载动态切换的无线电能传输系统 本专利申请要求于 2013年 03月 12日提交的， 申请号为 201310078453.1 , 申请人为海尔集团公司、 海尔集团技术研发中心， 发明名称为 "适应多负载动 态切换的无线电能传输系统" 的中国专利申请的优先权， 该申请的全文以引用 的方式并入本申请中。
技术领域
本发明属于无线电能传输领域， 尤其涉及一种适应多负载动态切换的无线 电能传输系统。
背景技术
传统的电能传输方式大多通过导线或插座将电能传输到终端产品， 这种传 输方式会带来摩擦， 易产生电火花等问题， 从而影响电气设备的安全可靠性， 无线电能传输技术能使我们摆脱传统的电能传输方式， 实现非接触式的新型电 能传输。 磁耦合谐振式无线电能传输技术利用磁耦合和谐振技术来实现电能的 无线传输， 具有较远的传输距离和较高的传输效率， 相对于电磁波式和电磁感 应式无线电能传输技术具有更多的优点， 获得了相对广泛的应用。
目前， 电能无线传输技术已经应用于家用电器， 能够实现数米范围内一定 功率的无线传输， 替代了原有的 "插头 +插座" 的供电方式， 具有整洁、 安全、 可移动性强的特点， 但是随着家用电器技术的发展， 家用电器越来越趋于功能 细化和节能， 如电饭煲、 电压力锅为保证加工出的食物有好的口感， 会要求在 不同时段进行不同程度的加热； 节能方面体现为大火加热、 小火保温等。 上述 功能的具体实现均会涉及该家用电器的负载动态切换问题。 实际应用中， 在进 行多负载动态切换时， 会使副边模块的反射阻抗发生变化， 反射阻抗的突变会 引起整个系统谐振频率产生突变， 发射端电源中的瞬态驱动频率无法与谐振频 率保持一致， 系统工作在失谐状态， 会导致逆变电路中的开关器件电流过流， 严重时烧毁开关器件， 或是触发自保护电路， 使系统失效； 同时副边模块的输 出电压会出现过压和欠压问题， 从而影响负载的正常工作， 导致无线电力传输 系统不能正常工作。
发明内容
针对上述问题， 本发明提供一种适应多负载动态切换的无线电能传输系统， 能够解决多负载动态切换时的系统失谐现象， 使系统对动态多负载切换具有更 好的自适应性。
为达此目的， 本发明釆用以下技术方案：
一种适应多负载动态切换的无线电能传输系统， 包括实现电能发射的原边 模块和实现电能拾取的副边模块， 所述原边模块通过电磁耦合谐振向副边模块 传输电能， 所述副边模块在进行不同功率负载切换时， 通过以软切换方式逐步 改变负载两端电压来逐步改变副边的反射阻抗， 使无线电能传输系统的谐振频 率及相位的变化保持在其频率跟踪控制自适应范围内。
进一步的， 所述副边模块通过软切换电路进行负载切换， 使负载两端电压 实现逐步改变。
优选的， 所述软切换电路釆用具有线性开关功能的电路， 使负载两端电压 实现逐步改变。
优选的， 所述软切换电路釆用具有软启动功能的固体继电器实现负载的软 切换， 使负载两端电压实现逐步改变。
优选的， 所述软切换电路釆用可编程迟滞控制电路实现负载的软切换， 使 负载两端电压实现逐步改变。
进一步的， 所述具有线性开关功能的电路为 RC延时电路， 通过 RC延时电 路来实现开关管的线性开通和关闭， 从而实现线性变换电压的软切换方式来切 换负载。
进一步的， 实现频率跟踪控制的电路主体为锁相环闭环控制系统， 包括依 次串联的釆样、 相位补偿比较器、 锁相环和 P醫驱动器。 所述釆样电路连接至原边线圈， P醫 驱动器连接逆变控制电路并控制逆变 电路的工作状态。
进一步的， 所述原边模块包括整流滤波稳压电路、 辅助电源、 逆变电路、 逆变控制电路、 频率跟踪控制电路和原边线圈， 其中：
整流滤波稳压电路： 主要将交流电整流滤波后， 输出稳定的直流电作为逆 变电路的输入；
辅助电源： 提供电源给逆变控制电路；
逆变电路： 将直流电压转变为高频交流电压， 作为原边谐振线圈的激励； 逆变控制电路： 输出逆变电路的 P醫驱动控制， 并根据频率跟踪控制电路 的反馈信息， 来调整 P醫输出波形的频率与相位；
频率跟踪控制电路： 跟随原边线圈谐振耦合频率变化， 实现对原边模块回 路的频率跟踪控制并传递到逆变控制电路；
原边线圈： 在高频交流电对原边线圈的激励下产生高频交流电磁场。
进一步的， 所述副边模块包含副边线圈、 功率变换电路、 负载控制电路、 软切换电路， 其中：
副边线圈： 通过与原边线圈产生的电磁场谐振耦合， 拾取原边的电磁场能 量；
功率变换电路： 将拾取的高频交流电磁场转换为电能， 提供合适的电压给 负载控制电路和负载；
负载控制电路： 选择相应的负载， 并对负载的各种功能进行控制； 软切换电路： 副边模块在进行负载切换时， 实现逐步增加负载两端电压， 以逐步改变副边的反射阻抗。
本发明所述的无线电能传输系统， 副边模块釆用软切换电路来控制多负载 的切换， 使副边的反射阻抗逐步变化， 避免了突变的产生， 减小了副边反射阻 抗变化对系统谐振频率及相位的影响， 使系统谐振频率及相位的变化不超出其 频率跟踪控制的调节范围， 使得原边模块能够根据负载的动态变化， 平稳地作 出调整， 系统能稳定工作； 同时可以保证系统输出电压的稳定性， 不出现副边 输出电压过冲或者欠压的情况。 附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图 1为适应多负载动态切换的无线电能传输系统的结构图；
图 2为频率跟踪控制电路的原理图；
图 3为具有线性开关功能电路的示例性软切换电路的原理图；
图 4 ( a )和图 4 ( b )为软切换负载时负载两端电压的波形图；
图 5 ( a )和图 5 ( b )为无软切换电路时， 负载动态切换时负载两端电压的 波形图；
图 6为多负载动态软切换的工作原理框图。
具体实施方式
如图 1 所示， 给出了本发明所述适应多负载动态切换的无线电能传输系统 的原理结构图。 该系统包括实现电能发射的原边模块和实现电能拾取的副边模 块， 所述原边模块通过电磁耦合谐振向副边模块传输电能。
原边模块主要包括以下部分：
整流滤波稳压电路： 主要将交流电整流滤波后， 输出稳定的直流电， 作为 逆变电路的输入；
辅助电源： 提供电源给逆变控制电路；
逆变电路： 将直流电压转变为高频交流电压， 作为原边谐振线圈的激励； 逆变控制电路： 输出逆变电路的 P醫驱动控制， 并根据频率跟踪控制电路 的反馈信息， 来调整 P醫输出波形的频率与相位；
频率跟踪控制电路： 跟随原边线圈谐振耦合频率变化， 实现对原边模块回 路的频率跟踪控制并传递到逆变控制电路；
原边线圈： 在高频交流电对原边线圈的激励下产生高频交流电磁场。
副边模块主要包括以下部分：
副边线圈： 通过与原边线圈产生的电磁场谐振耦合， 拾取原边的电磁场能 量；
功率变换电路： 将拾取的高频交流电磁场转换为电能， 提供合适的电压给 负载控制电路和负载；
负载控制电路： 选择相应的负载， 并对负载的各种功能进行控制； 软切换电路： 副边模块在进行负载切换时， 实现逐步改变负载两端电压， 以逐步改变副边的反射阻抗。
图 2 为所述频率跟踪控制电路的原理图， 其工作原理如下： 釆样电路釆用 比较器检测原边线圈两端的电压， 得到系统的谐振频率， 再根据原边线圈两端 的电压信号差 VO, V0 经差分放大后得到 VI 相位， 将其进行补偿以后与输入端 电压的相位进行比较， 一旦系统失谐二者必定有相位差产生， 比较结果会得到 VI , 对 VI 进行相位补偿， 并与参考电压比较， 得到与发射回路谐振频率一致的 脉冲电压 V V2 输入到锁相环、锁相环输出一个与 V2 频率相同的脉冲到 PWM 驱 动器， P醫驱动器连接逆变控制电路并上位控制逆变电路开关管， 从而使开关 频率跟随系统谐振耦合频率变化， 实现对发射回路的频率跟踪控制。
图 3给出了实现多负载动态软切换的软切换电路的一个示例， 该软切换电 路主要包括以下部分：
由三极管 Ql、 Q2组成的驱动电路： 该驱动电路提高由负载控制电路发出的 驱动信号的驱动能力。 该驱动电路也可釆用驱动芯片代替；
RC延时电路： 主要软切换电路中加入 RC延时电路， 通过 RC延时电路将开 关模式设置为线性开关， 釆用线性调整电压方式来切换负载， 并可以通过调整 RC延时电路参数来设置负载切换的延迟时间。
开关管 Q3和 Q4: 驱动信号控制开关管 Q3和 Q4的开启和关闭。 当 Q3和 Q4 开通的时候， 可以将电压加载到负载， 实现负载的切换。 其中的开关管 Q3和 Q4 可以为 M0SFET、 IGBT、 功率三极管和 SCR晶闸管等相关的开关器件但不仅限于 这些器件。
图 4中为软切换负载时， 负载两端电压变化的示意图，
其中图 4 (a)是负载两端电压为直流电压时的电压变化曲线的示意图； 图 4 (b) 是负载两端电压为交流电压时的电压变化曲线的示意图； 具体说明如下：
UDC和 UAC为负载切换时加载到负载两端的电压， t为时间； 釆用软切换动 态切换负载时， 由图 4可以看出加载到负载上的电压是在 A t里（经过几个周期 后） 才加大到正常供电电压， A t=R2*Cl (如图 3 )为线性开关打开的时间。 由 于电压是緩慢增加， 系统带载的功率变化（ Δ Ρ ) 以及系统的负载 （ Δ Ζ )也是 緩慢增加。 单位时间里的功率和负载的变化较小， 对系统的各项参数影响较小。
图 5 中为无软切换电路的情况下进行负载动态切换时， 负载两端的电压变 化及原边谐振电压变化的示意图， 其中：
其中图 5 (a)是负载两端电压为直流电压时的电压变化曲线的示意图； 图 5 (b) 是负载两端电压为交流电压时的电压变化曲线的示意图； 釆用普通开关来控制不同功率负载的切换， 由于图 5中的 A t近似为 0, 加 载到负载上的电压是在开关开通时就为正常供电电压。 这种负载切换的方式由 于 A t近似为 0, 系统带载的功率突变， 副边的反射阻抗也在突变， 功率的突变 以及反射阻抗的突变对系统的各项参数产生较大的影响。
图 6给出了多负载动态软切换工作原理框图， 主要包括以下部分： 输入电源： 提供电源给开关管， 当开关管打开时， 将电压加载到负载上； 负载控制电路： 控制各开关管的开通和关闭。
图 6 中开关为软切换开关， 在副边模块动态切换负载时， 釆用软切换来切 换负载。 软切换的电路可釆用具有线性开关功能的电路， 具有软启动功能的固 体继电器、 可编程迟滞控制电路等相关电路。
负载： 负载包括多个负载， 负载都是釆用并联的方式相连接。
其中各个开关和负载的阻抗说明如下：
开关 Sl、 S2 Sn的阻抗分别为 Zs l、 Zs 2 Zsn;
负载 1、 负载 2 负载 N的阻抗分别为 Zl、 Z2 Zn
动态多负载软切换的工作原理如下：
当副边模块釆用软切换电路来控制不同功率负载切换时， 由图 6可以看出： 4叚设系统一直工作在负载 1的状态下， 这时开关 S1为开通状态， S1的阻抗 Zs l近似为 0, 副边的等效阻抗近似为 Z1; 当釆用软切换技术控制加入负载 2时， 由于负载 1和负载 2连接釆用的是 并 副边的等效阻抗近似为：
Figure imgf000009_0001
根据开关管开通时的内阻特性， Zs 2为一个变量， 软切换的过程中， Zs 2由 无穷大逐步变化为 0 , 副边的等效阻抗也由 Z1逐步变为
由以上分析可以看出， 软切换技术可以实现副边的等效阻抗由 Z1逐步变为
[1/Z, + 1/Z2] 釆用软切换电路切换负载时， 副边的反射阻抗逐步变化， 其反射阻抗对系 统谐振频率及相位的影响很小， 原边模块在频率跟踪控制电路的作用下能保证 驱动频率与系统谐振频率保持一致， 无线电能传输系统能稳定工作。 同时， 也 可以保证系统输出电压的稳定性， 不出现电压过冲或者欠压的情况。 以上为釆 用针对本发明可行的实施例的具体说明， 釆用线性固态继电器以及可编程迟滞 控制电路均可以作为实施例实现多负载动态软切换的功能。
上述说明是针对本发明可行的实施例的详细说明， 而该实施例并非用以限 制本发明的专利范围， 凡未脱离本发明技术精神所做出的等效实施或变更的方 式均应包含于本申请所请求保护的专利范围中。

Claims

权 利 求 书
1、 一种适应多负载动态切换的无线电能传输系统， 包括实现电能发射的原 边模块和实现电能拾取的副边模块， 所述原边模块通过电磁輛合谐振向副边模 块传输电能， 其特征在于， 所述副边模块在进行不同功率负载切换时， 通过以 软切换方式逐步改变负载两端电压来逐步改变副边的反射阻抗， 使系统中谐振 频率及相位变化保持在其频率跟踪控制自适应范围内。
1、 根据权利要求 1所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述副边^ 块 通过软切换电路进行负载切换， 使负载两端电压实现逐步改变。
3、 根据权利要求 2所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述软切换电 路采用具有线性开关功能的电路， 使负载两端电压实现逐步改变
4、 根据权利要求 2所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述软切换电 路采用具有软启动功能的固体继电器实现负载的软切换， 使负载两端电压实现 逐步改变。
5、 根据权利要求 2所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述软切换电 路采用可编程迟滯控制电路实现负载的软切换， 使负载两端电压实现逐步改变。
6、 根据权利要求 3所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述具有线性 开关功能的电路为 RC延时电路， 通过 RC延时电路来实现开关管的线性开通和 关闭， 从而实现线性变换电压的软切换方式来切换负载。
7、 根据权利要求 1至 6中任一个所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 实现频率跟踪控制的电路主体为锁相环闭环控制系统， 包括依次串联的采样电 路、 相位补偿比较器、 锁相环和 P職驱动器。
8、 根据权利要求 7所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述采样电路 连接至原边线圈， P M驱动器连.接逆变控制电路并控制逆变电路的工作状态。
9、 根据权利要求 7所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述原边^ 块 包括整流滤波稳压电路。 辅助电源、 逆变电路、 逆变控制电路、 频率跟踪控制 电路和原边线圈， 其中：
整流滤波稳压电路： 主要将交流电整流滤波后， 输出稳定的直流电作为逆 变电路的输入；
辅助电源： 提供电源给逆变控制电路； 逆变电路： 将直流电压转变为高频交流电压， 作为原边谐振线圈的激励； 逆变控制电路： 输出逆变电路的 PWM驱动控制， 并根据频率跟踪控制电路 的反.馈信息， 来调整 PWM输出波形的频率与相位；
频率跟踪控制电路： 跟随原边线圈谐振耦合频率变化， 实现对原边模块回 路的频率跟踪控制并传递到逆变控制电路；
原边线圈： 在高频交流电对原边线圈的激励下产生高频交流电磁场。
1 0、 根据权利要求 7 所述的无线电能传输系统， 其特征在于， 所述副边模 块包含副边线圈、 功率变换电路、 负载控制电路、 软切换电路， 其中：
副边线圈： 通过与原边线圈产生的电磁场谐振 合， 拾取原边的电磁场能
"ST ;
功率变换电路： 将拾取的高频交流电磁场转换为电能， 提供合适的电压给 负载控制电路和负载；
负载控制电路： 选择相应的负载， 并对负载的各种功能进行控制； 软切换电路： 副边模块在进行负载切换时， 实现逐步增加负载两端电压， 以逐步改变副边的反射阻抗。
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