专利名称：一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及到非接触式能量传输技术领域，具体地说，是一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路。
背景技术：
如图1所示，非接触式能量传输系统主要由初级回路和次级回路组成。其中初级回路固定，主要由高频逆变器和LC谐振电路组成，次级回路主要由拾取线圈，功率调节电路以及可变负载组成，可在一定范围内移动，初级回路与次级回路之间不存在电气连接。初级回路主要完成电能的变换与发送，次级回路主要完成能量的拾取与功率调节，系统之间通过空间电磁耦合实现能量的传递。随着科学技术的发展，非接触式能量传输技术已经得到广泛应用，例如大功率电气设备的非接触供电、小功率便携式电子装置的非接触充电、特殊环境下工作的电气设备的非接触供电等。该技术因其无接触火花，无器件磨损、易维护、安全性能好、低噪声、自动化程度高等优点，从而具有广阔的应用前景。但是，由于受到负载变化以及次级回路移动距离的影响，系统的谐振频率将会发生变化，特别是对于负载切换，当负载RL较小时，系统谐振频率随着RL的增大而迅速增大； 当RL增大到一定程度时，谐振频率趋于稳定；当RL增大到无穷大时，相当于负载开路，此时 Ls与Cs谐振于某一固定频率。因此，并联拾取机构能够在较稳定的频率下携带大阻值负载。 但是当负载过大时，系统的谐振表现为传输无功功率，传输效率低，负载不能正常工作。如图2所示，系统传输功率P和系统谐振频率f的关系曲线是一条抛物线，系统工作频率在Π f2之间时，传输功率P较大；在自然谐振频率点f0处，P取最大值。此频率fO是拾取端的完全谐振频率，它的值由
/ ---1/ C^H)决定。因此，非接触式能量传输系统中常常需要采用稳频控制策略。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于电容矩阵的非接触式能量传输系统稳频电路，主要保证初级回路谐振频率的稳定性，实现能量的最大功率传输。为达到上述目的，本发明采用如下方案
一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路，包括逆变器、原边谐振电路、、(；、副边谐振电路LS、CS、功率调节电路，所述逆变器的输入端连接有直流电源，所述功率调节电路的输出端连接有可变负载RL;
其关键在于所述原边谐振电路Lp、Cp上连接有频率检测器，该频率检测器的输入端连接在原边谐振电容Cp与激励线圈Lp之间，该频率检测器的输出端输出原边谐振频率值 fl到控制器的第一输入端，该控制器的第二输入端输入系统设定谐振频率值f0，所述控制器的输出控制端与并联电容阵列相连，该并联电容阵列并联在所述原边谐振电容Cp上，所述控制器根据所述原边谐振频率值Π与系统设定谐振频率值fO之差控制所述并联电容阵列的电容值。在一定负载范围内，原边谐振频率值fl随负载RL的增加而增大。通过频率检测器检测的谐振电流的实际工作频率Π，利用控制器将实际频率Π与系统设定谐振频率f0 作比较，通过所得差值，控制电容阵列开关的通断，从而有效改变电容值大小，当负载RL增大时，工作频率Π大于系统设定谐振频率fO，即Δ f=fl-fO>0时，通过控制器控制并联电容阵列适当增大原边谐振电容的有效值以减小工作频率；当Δ f=fl-f0<0时，通过控制器控制并联电容阵列适当减小原边谐振电容的有效值以增大工作频率，最终保证系统稳定地工作于系统设定谐振频率点。所述并联电容阵列由9个0. 1 nF，9个1 nF以及9个10 nF的电容并联组成，每一个电容串接有一个控制开关，该并联电容阵列的可变范围为0 99. 9 nF。通过控制器控制相应控制开关的通断状态，可以实现并联电容阵列有效电容值在 0 99. 9 nF之间变化，调节步长为0. InF0所述原边谐振电路Lp、Cp为串联式谐振回路，所述副边谐振电路Ls、(；为并联式谐振回路。在谐振频率下，次级回路采用串联谐振结构时，次级电容压降和拾取线圈压降相抵消，系统对负载输出等效为电压源。采用并联谐振结构时，流入次级电容中的电流与拾取线圈中的电流的无功分量相抵消，系统对负载输出等效为电流源。而初级回路，对于串联谐振电路，当输入电压为方波时，串联回路电流为正弦波。 并联谐振电路，当输电流为方波时，并联谐振电路的两端电压波形为正弦波。为提高系统功率传输能力与效率，本系统采用软开关串联一并联谐振模式。本发明的显著效果是电路结构简单，控制算法容易实现，系统有较好的动态响应速度、稳定性和抗干扰性，在负载变化过程中，能够保证频率稳定，实现系统最大能量传输。
图1是非接触式能量传输系统的电路原理框图； 图2是非接触式能量传输系统功率与频率关系曲线图； 图3是本发明的电路原理框图4是图3中并联电容阵列的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图1，图3所示一种基于非接触式能量传输系统的稳频控制电路，包括逆变器 1、原边谐振电路Lp、Cp、副边谐振电路Ls、Cs、功率调节电路3 ；
所述逆变器1为第一开关管S1、第二开关管&、第三开关管&以及第四开关管、组成的桥式逆变电路，在逆变器1的输入端连接有直流电源Edc。所述原边谐振电路LP、CP由激励线圈Lp和原边谐振电容Cp组成的串联式谐振回路，所述副边谐振电路Ls、(；是由拾取线圈Ls和副边谐振电容Cs组成的并联式谐振回路，在激励线圈Lp与拾取线圈Ls之间产生磁场耦合，从而实现原边向副边的非接触式能量传输，在功率调节电路3的输出端连接有可变负载RL。
所述原边谐振电路Lp、Cp上还连接有频率检测器4，该频率检测器4的输入端连接在原边谐振电容Cp与激励线圈Lp之间，该频率检测器4的输出端输出原边谐振频率值 fl到控制器5的第一输入端，该控制器5的第二输入端输入系统设定谐振频率值fO，所述控制器5的输出控制端与并联电容阵列2相连，该并联电容阵列2并联在所述原边谐振电容Cp上，所述控制器5根据所述原边谐振频率值Π与系统设定谐振频率值fO控制所述并联电容阵列2的电容值。如图4所示所述并联电容阵列2由9个0. 1 nF，9个1 nF以及9个10 nF的电容并联组成，分别为 Cl-0. InF C9-0. InFXl-InF C9_lnF 以及 Cl-IOnF C9_10nF，每一个电容串接有一个控制开关，分别为K1-0. InF K9-0. lnF、Kl_lnF K9_lnF以及Kl-IOnF K9-10nF，通过27个开关分别控制27个电容接入状态，使得该并联电容阵列2在0 99. 9 nF范围内变化。比如需要一个56. 7nF的电容时，则通过控制器4接通开关K1-0. InF K7-0. InF, Kl-InF K6-lnF以及Kl-IOnF K5_10nF，并联电容阵列2两端的电容值则为56. 7nF。本发明的工作原理是
当负载发生变化时，导致谐振频率f 1发生变化，通过频率检测器4检测的谐振电流的实际工作频率Π，利用控制器4将实际频率Π与系统设定谐振频率 作比较，通过所得差值，控制电容阵列开关的通断，从而有效改变电容值大小，当负载RL增大时，工作频率fl大于系统设定谐振频率f0，即Δ f=fl-f0>0时，通过控制器控制并联电容阵列适当增大原边谐振电容的有效值以减小工作频率；当Δ f=fl-f0<0时，通过控制器控制并联电容阵列适当减小原边谐振电容的有效值以增大工作频率，最终保证系统稳定地工作于系统设定谐振频率点。
权利要求
1.一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路，包括逆变器(1)、原边谐振电路(Lp、 Cp)、副边谐振电路(Ls、Cs)、功率调节电路(3)，所述逆变器(1)的输入端连接有直流电源 (Edc)，所述功率调节电路(3)的输出端连接有可变负载(RL)；其特征在于所述原边谐振电路(Lp、Cp)上连接有频率检测器(4)，该频率检测器(4) 的输入端连接在原边谐振电容(Cp)与激励线圈(Lp)之间，该频率检测器(4)的输出端输出原边谐振频率值Π到控制器(5)的第一输入端，该控制器(5)的第二输入端输入系统设定谐振频率值f0，所述控制器(5)的输出控制端与并联电容阵列(2)相连，该并联电容阵列 (2)并联在所述原边谐振电容(Cp)上，所述控制器(5)根据所述原边谐振频率值Π与系统设定谐振频率值f0之差控制所述并联电容阵列(2)的电容值。
2.根据权利要求1所述的一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路，其特征在于 所述并联电容阵列(2)由9个0. 1 nF，9个1 nF以及9个10 nF的电容并联组成，每一个电容串接有一个控制开关，该并联电容阵列(2)有效电容值的可变范围为0 99. 9 nF。
3.根据权利要求1所述的一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路，其特征在于 所述原边谐振电路(Lp、Cp)为串联式谐振回路，所述副边谐振电路(Ls、Cs)为并联式谐振回路。
全文摘要
本发明公开一种用于非接触式能量传输系统的稳频电路，包括逆变器、原边谐振电路、副边谐振电路以及功率调节电路；其特征在于原边谐振电路上连接有频率检测器，该频率检测器的输入端连接在原边谐振电容与激励线圈之间，其输出端输出原边谐振频率值f1到控制器的第一输入端，该控制器的第二输入端输入系统设定谐振频率值f0，控制器的输出控制端与并联电容阵列相连，该并联电容阵列并联在原边谐振电容上，控制器根据f1与f0控制并联电容阵列的电容值。其显著效果是电路结构简单，控制算法容易实现，系统有较好的动态响应速度、稳定性和抗干扰性，在负载变化过程中，能够保证频率稳定，实现系统最大能量传输。
文档编号H02J17/00GK102290873SQ20111024122
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者唐春森, 孙跃, 戴欣, 王智慧, 苏玉刚 申请人:重庆大学