本發(fā)明涉及無(wú)線電能傳輸，尤其涉及一種雙通道無(wú)線供能系統(tǒng)及其無(wú)通信功率控制方法。

背景技術(shù)：

1、無(wú)線電能傳輸（wireless?power?transfer,?wpt）技術(shù)在電動(dòng)汽車充電、工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。尤其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，無(wú)線充電能夠消除機(jī)械接觸，提高充電便利性與系統(tǒng)耐久性，正成為重要的發(fā)展方向。然而，為實(shí)現(xiàn)可靠的功率控制，大多數(shù)現(xiàn)有無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)仍依賴原邊（發(fā)射端）與副邊（接收端）之間的通信鏈路，如藍(lán)牙、wi-fi、射頻識(shí)別等無(wú)線通信方式，用于傳輸負(fù)載信息或反饋功率指令。這類通信方式在復(fù)雜電磁環(huán)境下易受干擾，導(dǎo)致控制失效；同時(shí)其通信模塊增加了系統(tǒng)的硬件成本與控制復(fù)雜度。在需要高可靠性和低系統(tǒng)復(fù)雜度的應(yīng)用場(chǎng)景中，例如軌道交通、工業(yè)移動(dòng)設(shè)備等，對(duì)現(xiàn)有依賴通信的wpt控制方案構(gòu)成限制。

2、另一方面，現(xiàn)有wpt系統(tǒng)通常使用基波諧振通道進(jìn)行主功率傳輸，但在中低功率區(qū)間下實(shí)現(xiàn)全橋逆變器的零電壓開(kāi)關(guān)（zvs）存在較大挑戰(zhàn)。如果不能實(shí)現(xiàn)zvs，會(huì)顯著增加變換器的開(kāi)關(guān)損耗，降低系統(tǒng)整體效率與壽命。此外，電動(dòng)汽車等應(yīng)用場(chǎng)景中，系統(tǒng)還需面對(duì)電池負(fù)載阻抗的動(dòng)態(tài)變化及線圈位置偏移等非理想工況，進(jìn)一步加劇控制系統(tǒng)的適應(yīng)性難題。

3、為解決上述問(wèn)題，已有研究提出采用無(wú)需通信的功率調(diào)節(jié)思路，但多數(shù)方法仍依賴電壓或電流幅值推斷負(fù)載狀態(tài)，魯棒性和調(diào)節(jié)精度不足。同時(shí)，在開(kāi)關(guān)優(yōu)化和低功率工作穩(wěn)定性方面仍面臨技術(shù)瓶頸。

4、因此，亟需一種無(wú)需通信、具備高動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)的控制方法，能夠在不改變系統(tǒng)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)新型反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)與開(kāi)關(guān)優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)對(duì)通信模塊的高度依賴、功率調(diào)節(jié)方式復(fù)雜、系統(tǒng)穩(wěn)定性差以及逆變器在低功率區(qū)間難以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種雙通道無(wú)線供能系統(tǒng)及其無(wú)通信功率控制方法，可在無(wú)需通信設(shè)備的條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的功率調(diào)節(jié)，同時(shí)擴(kuò)大逆變器零電壓開(kāi)關(guān)的工作范圍，提高系統(tǒng)效率與負(fù)載適應(yīng)性，以解決上述問(wèn)題。

2、本技術(shù)公開(kāi)了一種雙通道無(wú)線供能系統(tǒng)，包括原邊發(fā)射端和副邊接收端；

3、所述原邊發(fā)射端包括由第一橋臂h1和第二橋臂h2構(gòu)成的全橋逆變器，全橋逆變器輸入側(cè)并聯(lián)有直流電壓和第一電容，第一橋臂h1中點(diǎn)與第二橋臂h2中點(diǎn)之間連接有原邊基波主功率通道，第一橋臂h1中點(diǎn)與參考地g之間連接有原邊三次諧波通道；

4、所述副邊接收端包括并聯(lián)的二極管整流半橋h3和有源整流半橋h4，副邊接收端輸出側(cè)并聯(lián)有第二電容和第三電容的串聯(lián)電路，二極管整流半橋h3中點(diǎn)與第二電容、第三電容串聯(lián)電路的中點(diǎn)之間連接有副邊基波主功率通道，有源整流半橋h4中點(diǎn)與第二電容、第三電容串聯(lián)電路的中點(diǎn)之間連接有副邊三次諧波通道；

5、所述原邊發(fā)射端與副邊接收端之間通過(guò)雙通道磁耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能量與信號(hào)的耦合傳遞。

6、優(yōu)選的，所述原邊基波主功率通道和副邊基波主功率通道構(gòu)成基波主功率通道ch1，原邊三次諧波通道和副邊三次諧波通道構(gòu)成三次諧波通道ch2；

7、所述第一橋臂h1中點(diǎn)與第二橋臂h2中點(diǎn)之間連接有第四電容和第一原邊線圈，第一橋臂h1中點(diǎn)與參考地之間連接有第五電容和第二原邊線圈，二極管整流半橋h3中點(diǎn)與第二電容、第三電容串聯(lián)電路的中點(diǎn)之間連接有第六電容和第一副邊線圈，有源整流半橋h4中點(diǎn)與第二電容、第三電容串聯(lián)電路的中點(diǎn)之間連接有第七電容和第二副邊線圈。

8、優(yōu)選的，所述雙通道磁耦合結(jié)構(gòu)包括第一原邊線圈、第二原邊線圈、第一副邊線圈和第二副邊線圈；

9、所述第一原邊線圈和第一副邊線圈為方形線圈，第二原邊線圈和第二副邊線圈為8字線圈，第一原邊線圈和第二原邊線圈疊放，第一副邊線圈和第二副邊線圈疊放。

10、優(yōu)選的，所述原邊三次諧波通道依次連接有第一過(guò)零采樣模塊zcd1和原邊控制器fpga-a；

11、所述副邊基波主功率通道依次連接有第二過(guò)零采樣模塊zcd2和副邊控制器fpga-b；

12、所述副邊三次諧波通道依次連接有第三過(guò)零采樣模塊zcd3和副邊控制器fpga-b。

13、優(yōu)選的，所述副邊接收端的輸出端連接有電壓傳感器vs和電流傳感器cs，電壓傳感器vs和電流傳感器cs均與副邊控制器fpga-b連接。

14、本技術(shù)還公開(kāi)了一種雙通道無(wú)線供能系統(tǒng)的無(wú)通信功率控制方法，適用于上述雙通道無(wú)線供能系統(tǒng)，包括以下步驟：

15、s1、在副邊接收端，根據(jù)實(shí)際輸出功率與設(shè)定目標(biāo)功率之間的誤差功率信號(hào)生成移相角控制指令，并通過(guò)移相角控制指令使副邊三次諧波通道的副邊三次諧波電流相位產(chǎn)生相位偏移；

16、s2、副邊接收端通過(guò)三次諧波通道ch2將s1獲得的相位偏移傳輸至原邊發(fā)射端，所述傳輸依賴于三次諧波通道的頻率響應(yīng)特性，無(wú)需通信裝置；

17、s3、在原邊發(fā)射端中，檢測(cè)并計(jì)算原邊三次諧波電流和原邊三次諧波通道端口電壓之間的相位差值，并與參考相位差比較，獲得原邊三次諧波電流的相位誤差信號(hào)；

18、s4、根據(jù)所述原邊三次諧波電流的相位誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)全橋逆變器的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)基波主功率通道ch1功率的閉環(huán)調(diào)節(jié)；

19、s5、通過(guò)三次諧波電流與基波電流的疊加，擴(kuò)展原邊發(fā)射端全橋逆變器的零電壓開(kāi)關(guān)工作范圍。

20、優(yōu)選的，所述s1包括以下步驟：

21、s11、利用電壓傳感器vs和電流傳感器cs實(shí)時(shí)采集整流輸出電壓和整流輸出電流；

22、s12、計(jì)算實(shí)際輸出功率，并與設(shè)定目標(biāo)功率進(jìn)行比較，得到誤差功率信號(hào)；

23、s13、將誤差功率信號(hào)輸入副邊控制器fpga-b中的比例-積分控制模塊，生成移相角控制指令和；

24、s14、根據(jù)移相角控制指令和控制有源整流半橋h4中的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)序，從而使副邊三次諧波通道中的副邊三次諧波電流相位產(chǎn)生相位偏移。

25、優(yōu)選的，所述s3包括以下步驟：

26、s31、采集原邊發(fā)射端原邊三次諧波通道中的原邊三次諧波電流和原邊三次諧波通道端口電壓；

27、s32、采用過(guò)零檢測(cè)與低通濾波相結(jié)合的方法，將原邊三次諧波電流的過(guò)零點(diǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖序列并獲得相位，原邊三次諧波通道端口電壓的相位由對(duì)應(yīng)控制器所輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)的相位代替，根據(jù)原邊三次諧波電流的脈沖序列和原邊三次諧波通道端口電壓的相位計(jì)算電壓與電流之間的相位差值；

28、s33、將所述相位差值與設(shè)定的參考相位差進(jìn)行比較，計(jì)算得到原邊發(fā)射端相位誤差信號(hào)。

29、優(yōu)選的，所述s4包括以下步驟：

30、將相位誤差信號(hào)輸入原邊控制器fpga-a中的比例-積分控制模塊，生成移相占空比的變化值，調(diào)節(jié)原邊發(fā)射端中全橋逆變器的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)基波主功率通道ch1的實(shí)時(shí)功率調(diào)節(jié)。

31、優(yōu)選的，所述s5包括以下步驟：

32、所述原邊三次諧波電流經(jīng)由第一橋臂h1注入，與原邊基波電流進(jìn)行疊加，使第一橋臂h1在低功率區(qū)間具備zvs導(dǎo)通電流條件，擴(kuò)展全橋逆變器的零電壓開(kāi)關(guān)工作范圍。

33、本發(fā)明的有益效果：

34、（1）無(wú)需通信模塊，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。采用諧波電流相位偏移作為反饋信息，無(wú)需藍(lán)牙、wi-fi等通信設(shè)備，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，提升抗干擾能力；

35、（2）功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。副邊接收端通過(guò)誤差驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)諧波相位，原邊（發(fā)射端）實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制功率輸出，構(gòu)成完整閉環(huán)，適用于負(fù)載變化頻繁的應(yīng)用場(chǎng)景；

36、（3）輔助實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。通過(guò)三次諧波電流的引入，拓展原邊發(fā)射端逆變器在低功率區(qū)域的zvs工作范圍，有效降低開(kāi)關(guān)損耗，提升系統(tǒng)效率；

37、（4）結(jié)構(gòu)通用性強(qiáng)。該方法適用于典型的雙通道無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，兼容原邊發(fā)射端h型全橋與副邊接收端混合整流結(jié)構(gòu)，便于集成與推廣；

38、（5）適用場(chǎng)景廣泛。適合電動(dòng)汽車無(wú)線充電、工業(yè)機(jī)器人、軌道交通非接觸供電等高功率無(wú)線供能系統(tǒng)，具備良好的適應(yīng)性與魯棒性。