本發(fā)明屬于無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種可分級(jí)啟動(dòng)的無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)是通過(guò)發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的中繼能量(如電磁場(chǎng)能、激光、微波及機(jī)械波等)，隔空傳輸一段距離后，再通過(guò)接收器將中繼能量轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸。

無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)通常由發(fā)射端工頻整流濾波電路、發(fā)射端逆變電路、接收端高頻整流濾波電路、接收端穩(wěn)壓電路4部分組成，每一部分在上電時(shí)都會(huì)產(chǎn)生瞬間的浪涌電流。下面針對(duì)每一部分的浪涌電流具體分析：

(1)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端工頻整流濾波電路、接收端高頻整流濾波電路通常由整流橋和濾波電容組成。在上電瞬間，由于電容器上的初始電壓為零會(huì)形成很大的瞬時(shí)浪涌電流，特別是大功率開(kāi)關(guān)電源，其輸入采用較大電容量的濾波電容器，其浪涌電流可達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流幅值，往往會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源后序電路損壞、輸入保險(xiǎn)絲燒斷，有時(shí)甚至可將合閘開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，輕者也會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘。

(2)發(fā)射端逆變電路直接上電時(shí)，LC串聯(lián)諧振(包括發(fā)射線圈、電容和接收線圈)也會(huì)產(chǎn)生瞬間的浪涌電流，造成逆變電路器件損壞。

(3)接收端的負(fù)載切換時(shí)(輕載到重載時(shí))，也會(huì)造成暫時(shí)的失諧而拉低接收端整流后輸出電壓，造成接收端系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。

上述原因均會(huì)造成開(kāi)關(guān)電源無(wú)法正常使用，而在目前的現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)上述問(wèn)題均沒(méi)有較好的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)和無(wú)線電能傳輸控制方法，該發(fā)明有效的解決了上電時(shí)，發(fā)射端工頻整流濾波電路、LC諧振逆變電路上電瞬間的浪涌電流，以及負(fù)載切換時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無(wú)線發(fā)射端，以及可接收無(wú)線發(fā)射端電能的無(wú)線接收端，無(wú)線發(fā)射端包括可傳輸無(wú)線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號(hào)的通信接收模塊；無(wú)線接收端外連負(fù)載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號(hào)傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，無(wú)線發(fā)射端還包括工頻整流濾波電路，工頻整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號(hào)，傳感器連接有發(fā)射端MCU，以接收傳感器形成的感應(yīng)信號(hào)，并根據(jù)該感應(yīng)信號(hào)判斷判斷無(wú)線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)；無(wú)線發(fā)射端還包括設(shè)置在工頻整流濾波電路輸入端的軟啟動(dòng)電路，軟啟動(dòng)電路的輸入端連接電網(wǎng)，發(fā)射端MCU電連軟啟動(dòng)電路的控制端，以控制軟啟動(dòng)電路的啟動(dòng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，軟啟動(dòng)電路包括連接于電網(wǎng)的功率電阻R1，并聯(lián)于功率電阻R1的可控開(kāi)關(guān)K1，串聯(lián)于功率電阻R1和可控開(kāi)關(guān)K1的K2，其中發(fā)射端MCU連接可控開(kāi)關(guān)K1和可控開(kāi)關(guān)K2的控制端，可控開(kāi)關(guān)K1和可控開(kāi)關(guān)K2均為常閉開(kāi)關(guān)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，無(wú)線接收端的接收線圈連接有高頻整流濾波電路，高頻整流濾波電路的輸出端連接有接收端MCU和BUCK穩(wěn)壓電路，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號(hào)，同時(shí)接收端MCU的連接BUCK穩(wěn)壓電路；BUCK穩(wěn)壓電路外連負(fù)載。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，接收線圈上設(shè)置有可增強(qiáng)傳感器感應(yīng)的標(biāo)志物。

一種無(wú)線電能傳輸控制方法，使用上述無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1：為無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)上電；

S2：檢測(cè)無(wú)線接收端是否移入無(wú)線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)，如是，則執(zhí)行S3；如否，則返回S1；

S3：延時(shí)第一預(yù)設(shè)時(shí)間后，發(fā)射端MCU控制可控開(kāi)關(guān)K2閉合，以抑制發(fā)射端工頻整流濾波電路上電時(shí)的浪涌電流；

S4：待延時(shí)第二預(yù)設(shè)時(shí)間后，發(fā)射端MCU輸出PWM控制信號(hào)，并控制輸出頻率為增益最小值，輸出占空比按照預(yù)定比例在單位時(shí)間內(nèi)逐漸增大到預(yù)設(shè)占空比以抑制LC諧振逆變電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，之后發(fā)射端MCU進(jìn)一步控制可控開(kāi)關(guān)K1閉合。

S5：接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路關(guān)閉，發(fā)射端MCU判斷是否接收到接收端通信信號(hào)，如是，則執(zhí)行S5，如否，則執(zhí)行S7；

S6：發(fā)射端MCU根據(jù)通信信號(hào)判斷無(wú)線接收端的電壓是否大于預(yù)設(shè)電壓值，如是，則執(zhí)行S7；如否，則返回執(zhí)行S5；

S7：接收端MCU控制BUCK啟動(dòng)，發(fā)射端MCU調(diào)節(jié)輸出頻率至預(yù)設(shè)頻率值；

S8：發(fā)射端MCU控制輸出頻率為增益最小值對(duì)應(yīng)頻率，并使無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；

S9：返回至S2步驟。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，在S2的步驟中，具體為：傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)無(wú)線接收端是否移入工作區(qū)域內(nèi)，并形成感應(yīng)信號(hào)發(fā)送至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)該感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否進(jìn)入無(wú)線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

1、本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置分級(jí)軟啟動(dòng)電路，并預(yù)設(shè)相對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間，通過(guò)發(fā)射端MCU的控制，有效的避免了無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)上電過(guò)程中出現(xiàn)的浪涌電流。

2、本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，采用逐漸控制占空比增大的方式，使無(wú)線發(fā)射端的能量能逐漸傳輸至無(wú)線接收端，抑制了LC諧振電路在逆變電路中上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的框圖；

圖2為圖1中無(wú)線發(fā)射端的示意圖；

圖3為本發(fā)明無(wú)線電能傳輸控制方法的流程圖；

圖4為增益與輸出頻率的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面，通過(guò)示例性的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒(méi)有進(jìn)一步敘述的情況下，一個(gè)實(shí)施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實(shí)施方式中。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

參見(jiàn)圖1，是本發(fā)明無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的框圖。如圖1所示，本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無(wú)線發(fā)射端，以及可接收無(wú)線發(fā)射端電能的無(wú)線接收端，無(wú)線發(fā)射端包括可傳輸無(wú)線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號(hào)的通信接收模塊；無(wú)線接收端外連負(fù)載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號(hào)傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，無(wú)線發(fā)射端還包括工頻整流濾波電路，工頻整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號(hào)，傳感器連接有發(fā)射端MCU，以接收傳感器形成的感應(yīng)信號(hào)，并根據(jù)該感應(yīng)信號(hào)判斷判斷無(wú)線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)；無(wú)線發(fā)射端還包括設(shè)置在工頻整流濾波電路輸入端的軟啟動(dòng)電路，發(fā)射端MCU電連軟啟動(dòng)電路的控制端，以控制軟啟動(dòng)電路的啟動(dòng)。

結(jié)合圖2所示，上述軟啟動(dòng)電路包括連接于電網(wǎng)的功率電阻R1，并聯(lián)于功率電阻R1的可控開(kāi)關(guān)K1，串聯(lián)于功率電阻R1和可控開(kāi)關(guān)K1的K2，其中發(fā)射端MCU連接可控開(kāi)關(guān)K1和可控開(kāi)關(guān)K2的控制端，可控開(kāi)關(guān)K1和可控開(kāi)關(guān)K2均為常閉開(kāi)關(guān)。

進(jìn)一步詳述上述軟啟動(dòng)過(guò)程：發(fā)射端MCU從上電到開(kāi)始輸出PWM控制信號(hào)之間有一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)射端MCU的引腳狀態(tài)不確定，若此時(shí)給逆變電路上電，可能造成逆變電路損壞；而因可控開(kāi)關(guān)K2斷開(kāi)，上電后220V交流電不會(huì)經(jīng)工頻整流濾波電路加到逆變電路上，發(fā)射端MCU上電后延時(shí)第一預(yù)定時(shí)間后再控制可控開(kāi)關(guān)K2閉合，從而起到保護(hù)逆變電路的作用；同時(shí)因可控開(kāi)關(guān)K1常閉，上電后從電網(wǎng)發(fā)出的交流電經(jīng)功率電阻R1到達(dá)后級(jí)電路，因輸入電壓不變，電路因串接功率電阻R1而使總電阻增大，所以電流減小，即增加功率電阻R1有效的抑制因發(fā)射端工頻整流濾波電路大電容產(chǎn)生的浪涌電流。后級(jí)電路正常工作之后，發(fā)射端MCU控制可控開(kāi)關(guān)K1閉合，使電網(wǎng)來(lái)的交流電流經(jīng)可控開(kāi)關(guān)K1，從而減小了功率電阻發(fā)熱，提高了系統(tǒng)效率。

進(jìn)一步參見(jiàn)圖1，圖1中還顯示了無(wú)線接收端的連接結(jié)構(gòu)，無(wú)線接收端的接收線圈連接有高頻整流濾波電路，高頻整流濾波電路的輸出端連接有接收端MCU和BUCK穩(wěn)壓電路，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號(hào)，同時(shí)接收端MCU的連接BUCK穩(wěn)壓電路；BUCK穩(wěn)壓電路外連負(fù)載。

上述中，作為一種優(yōu)選，接收線圈上設(shè)置有可增強(qiáng)傳感器感應(yīng)的標(biāo)志物。

參見(jiàn)圖3，是本發(fā)明無(wú)線電能傳輸控制方法的流程圖。如圖3所示，本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸控制方法，使用上述無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1：為無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)上電；

S2：檢測(cè)無(wú)線接收端是否移入無(wú)線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)，如是，則執(zhí)行S3；如否，則返回S1；

S3：延時(shí)第一預(yù)設(shè)時(shí)間后，發(fā)射端MCU控制可控開(kāi)關(guān)K2閉合，以抑制發(fā)射端工頻整流濾波電路上電時(shí)的浪涌電流；

S4：待延時(shí)第二預(yù)設(shè)時(shí)間后，發(fā)射端MCU輸出PWM控制信號(hào)，并控制輸出頻率為增益最小值，輸出占空比按照預(yù)定比例在單位時(shí)間內(nèi)逐漸增大到預(yù)設(shè)占空比以抑制LC諧振逆變電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，之后發(fā)射端MCU進(jìn)一步控制可控開(kāi)關(guān)K1閉合。

S5：接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路關(guān)閉，發(fā)射端MCU判斷是否接收到接收端通信信號(hào)，如是，則執(zhí)行S5，如否，則執(zhí)行S7；

S6：發(fā)射端MCU根據(jù)通信信號(hào)判斷無(wú)線接收端的電壓是否大于預(yù)設(shè)電壓值，如是，則執(zhí)行S7；如否，則返回執(zhí)行S5；

S7：接收端MCU控制BUCK啟動(dòng)，發(fā)射端MCU調(diào)節(jié)輸出頻率至預(yù)設(shè)頻率值；

S8：發(fā)射端MCU控制輸出頻率為增益最小值對(duì)應(yīng)頻率，并使無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；

S9：返回至S2步驟。

進(jìn)一步對(duì)上述步驟舉例說(shuō)明：發(fā)射端MCU控制PWM占空比逐漸增大的過(guò)程可為：如起始占空比為10％，經(jīng)過(guò)一個(gè)單位時(shí)間控制占空比變?yōu)?0％，如此類(lèi)推直到占空比到50％完全打開(kāi)，這樣可使無(wú)線發(fā)射端的能量經(jīng)逆變電路逐漸傳輸?shù)浇邮斩?，抑制LC諧振電路、接收端高頻整流濾波電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流。

同時(shí)，參見(jiàn)圖4，是增益與輸出頻率關(guān)系圖。其中，該關(guān)系圖中f1對(duì)應(yīng)的值即為增值最小值，fo對(duì)應(yīng)的增益即為增益最大值，在工作時(shí)，將頻率控制在f0-f1之間即為正常工作范圍。通過(guò)該關(guān)系圖具體說(shuō)明：發(fā)射端MCU上電后先將PWM調(diào)到增益最低值對(duì)應(yīng)的頻率f1，減小輕載時(shí)的輸出增益；同時(shí)接收端MCU上電后先封鎖BUCK穩(wěn)壓電路，并通過(guò)采樣無(wú)線接收端的電壓進(jìn)一步判斷無(wú)線接收端電壓是否高于預(yù)設(shè)電壓值，若在正常范圍之內(nèi)，接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路開(kāi)啟，發(fā)射端MCU的PWM控制頻率調(diào)到f2，該f2為預(yù)設(shè)頻率值。

另外，在上述S2的步驟中，具體為：傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)無(wú)線接收端是否移入工作區(qū)域內(nèi)，并形成感應(yīng)信號(hào)，以發(fā)送至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)該感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否進(jìn)入無(wú)線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)。

結(jié)合圖3和圖4，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸控制方法：

S1：為無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)上電；

S2：傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)無(wú)線接收端是否移入工作區(qū)域內(nèi)，并形成感應(yīng)信號(hào)，以發(fā)送至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)該感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否進(jìn)入無(wú)線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)，如是，則執(zhí)行S3；如否，則返回S1；

S3：延時(shí)第一預(yù)設(shè)時(shí)間t1后，發(fā)射端MCU控制可控開(kāi)關(guān)K2閉合；

S4：待延時(shí)第二預(yù)設(shè)時(shí)間后，發(fā)射端MCU輸出PWM控制信號(hào)，并控制輸出頻率為增益最小值，輸出占空比按照預(yù)定比例在單位時(shí)間內(nèi)逐漸增大到預(yù)設(shè)占空比以抑制LC諧振逆變電路上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，之后發(fā)射端MCU進(jìn)一步控制可控開(kāi)關(guān)K1閉合。

S5：接收端MCU控制BUCK穩(wěn)壓電路關(guān)閉，發(fā)射端MCU判斷是否接收到接收端通信信號(hào)，如是，則執(zhí)行S6，如否，則執(zhí)行S8；

S6：發(fā)射端MCU根據(jù)通信信號(hào)判斷無(wú)線接收端的電壓是否大于預(yù)設(shè)電壓值，如是，則執(zhí)行S7；如否，則返回執(zhí)行S5；

S7：接收端MCU控制BUCK啟動(dòng)，發(fā)射端MCU調(diào)節(jié)輸出頻率至預(yù)設(shè)頻率值；

S8：發(fā)射端MCU控制輸出頻率為增益最小值對(duì)應(yīng)頻率，并使無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；

S9：返回至S2步驟。