本發(fā)明屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的無線電能傳輸技術(shù)常常以直流負(fù)載作為研究對(duì)象，對(duì)于交流負(fù)載的應(yīng)用，通常采取的是AC/DC/AC模式或者AC/AC模式，在研究及應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)在交流負(fù)載情況下的傳統(tǒng)傳輸模式無線電能傳輸系統(tǒng)[如圖1(a)]尚存在一系列問題。主要表現(xiàn)在：1、效率低，為了將交流轉(zhuǎn)為為直流，初次級(jí)均存在AC/DC整流、大電解濾波環(huán)節(jié)以及DC/DC調(diào)壓環(huán)節(jié)，開關(guān)損耗和諧波含量大；2、控制復(fù)雜，系統(tǒng)階數(shù)高慣性大，初次級(jí)均有較為復(fù)雜的控制回路；3、功率因數(shù)和功率密度低，初次級(jí)能量變換電路存在大電解電容降低了功率因數(shù)和功率密度，即使在整流側(cè)采用有源功率因數(shù)校正，也不可避免增加系統(tǒng)規(guī)模和級(jí)聯(lián)環(huán)節(jié)，降低了功率密度；4、成本高，體積笨重。以上缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展，限制了無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用范圍。而對(duì)于直接AC/AC結(jié)構(gòu)的無線電能傳輸系統(tǒng)，通常采用矩陣變換器和復(fù)雜的控制模式，一定程度上增加了系統(tǒng)的成本和控制難度。

而傳統(tǒng)包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)[如圖3(a)]相較于傳統(tǒng)傳輸模式無線電能傳輸系統(tǒng)[如圖1(a)]，雖然一定程度減少了系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)環(huán)節(jié)提升了密度，但缺點(diǎn)是次級(jí)拾取端仍舊有整流橋，無法避免大電流下的導(dǎo)通損耗以及高頻條件下反向滲透電流造成的損耗，此外也增加了系統(tǒng)的成本和體積，同時(shí)由于無線電能傳輸系統(tǒng)大慣性大延遲的特點(diǎn)，次級(jí)的極性切換也是一個(gè)極為棘手的問題，目前尚未有較好的結(jié)構(gòu)解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問題的不足，本發(fā)明提供了一種基于交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明去掉了次級(jí)整流電路，采用巴特沃斯電子濾波器對(duì)次級(jí)拾取諧振電流包絡(luò)進(jìn)行處理，為次級(jí)逆變電路提供極性切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使次級(jí)控制具有獨(dú)立性且控制簡(jiǎn)單，該結(jié)構(gòu)極大地降低了系統(tǒng)的整體體積與成本，提高了傳輸效率和輸入功率因數(shù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種基于交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)，包括初級(jí)回路和次級(jí)回路，所述初級(jí)回路包括交流電能輸入模塊、高頻包絡(luò)電能變換模塊以及初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)，所述高頻包絡(luò)電能變換模塊將輸入的交流電能進(jìn)行高頻包絡(luò)電能變換，形成具有輸入電源包絡(luò)特征的高頻諧振電流到所述初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)中；所述次級(jí)回路包括次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)、高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊以及交流電能輸出模塊，所述次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)通過電磁耦合拾取初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)中的高頻能量，經(jīng)過所述高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊解調(diào)得到包絡(luò)電流，在不需要次級(jí)整流橋的情況下，由所述交流電能輸出模塊將交流電源輸出給用電負(fù)載。

本發(fā)明去掉了次級(jí)整流橋，利用開關(guān)管反并聯(lián)二極管提供放電續(xù)流回路，從而實(shí)現(xiàn)為負(fù)載提供連續(xù)電能的目的，該結(jié)構(gòu)降低了系統(tǒng)的成本壓縮了空間，同時(shí)避免了整流橋的導(dǎo)通損耗，以及高頻條件下的高頻損耗，反向漏電流等損耗，提升了系統(tǒng)的效率。

進(jìn)一步地，所述高頻包絡(luò)電能變換模塊包括初級(jí)濾波電路、初級(jí)整流電路、初級(jí)逆變電路、初級(jí)電流采樣電路和初級(jí)控制模塊；所述初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)包括初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和初級(jí)線圈；

所述初級(jí)濾波電路濾出來自后級(jí)的高頻諧波電流，初級(jí)整流電路對(duì)電源實(shí)現(xiàn)半波整流，所述初級(jí)逆變電路對(duì)經(jīng)過半波整流后的半波電源進(jìn)行高頻調(diào)制，形成具有輸入電源包絡(luò)特征的高頻載波信號(hào)；

所述初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償并使其工作在諧振狀態(tài)，由所述初級(jí)線圈產(chǎn)生高頻諧振電流為所述次級(jí)回路輸出高頻能量；

所述初級(jí)電流采樣電路檢測(cè)初級(jí)線圈側(cè)的諧振電流，初級(jí)控制模塊根據(jù)檢測(cè)到的初級(jí)線圈側(cè)的諧振電流控制所述初級(jí)逆變電路工作。

進(jìn)一步地，所述初級(jí)濾波電路包括電感L_fp和電容L_fp，電感L_fp的一端接電源的正極、另一端接電容L_fp的一端，電容L_fp的另一端接電源的負(fù)極，電容L_fp的兩端對(duì)應(yīng)接入初級(jí)整流電路的兩個(gè)輸入端中。

進(jìn)一步地，所述初級(jí)整流電路是由二極管D1、二極管D2、二極管D3以及二極管D4構(gòu)成的全橋整流電路；

所述初級(jí)逆變電路是由開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3以及開關(guān)管S4構(gòu)成的橋式逆變電路，在開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3以及開關(guān)管S4上均連接有旁通二極管，所述初級(jí)控制模塊用于控制開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3以及開關(guān)管S4的通斷。

進(jìn)一步地，所述次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)包括次級(jí)線圈和次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊包括次級(jí)逆變電路、次級(jí)電流采樣電路、巴特沃斯電子濾波器、電流過零檢測(cè)電路、邏輯電路以及驅(qū)動(dòng)電路；

所述次級(jí)線圈拾取初級(jí)回路的高頻能量并輸出高頻電流，所述次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償并使其工作在諧振狀態(tài)；

所述次級(jí)逆變電路從所述次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)中獲取高頻諧波電流信號(hào)，所述次級(jí)電流采樣電路采集高頻諧波電流信號(hào)，所述巴特沃斯電子濾波器對(duì)高頻諧波電流進(jìn)行處理得到電流包絡(luò)，所述電流過零檢測(cè)電路對(duì)高頻諧波電流進(jìn)行過零檢測(cè)，所述邏輯電路對(duì)電流包絡(luò)信號(hào)和電流過零檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理得到軟切換驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該軟切換驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過所述驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所述次級(jí)逆變電路工作。

本發(fā)明引入通信領(lǐng)域的數(shù)字濾波器技術(shù)，采用巴特沃斯電子濾波器對(duì)次級(jí)拾取諧振電流包絡(luò)進(jìn)行處理，為次級(jí)逆變電路提供極性切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了次級(jí)極性軟切換，解決了系統(tǒng)次級(jí)極性切換的問題，同時(shí)巴特沃斯很好的相位特性使得次級(jí)能夠及時(shí)的跟蹤包絡(luò)，避免了系統(tǒng)大慣性造成的包絡(luò)延遲；采用次級(jí)極性軟切換從而得到了一個(gè)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，控制更為便捷，效率更高的交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括電容C_s和電阻R_s，次級(jí)線圈L_s一端經(jīng)過電容C_s接入所述次級(jí)逆變電路的一個(gè)輸入端，次級(jí)線圈L_s另一端經(jīng)過電阻R_s接入所述次級(jí)逆變電路的另一個(gè)輸入端。

進(jìn)一步地，所述次級(jí)逆變電路是由開關(guān)管S5、開關(guān)管S6、開關(guān)管S7以及開關(guān)管S8構(gòu)成的橋式逆變電路，在開關(guān)管S5、開關(guān)管S6、開關(guān)管S7以及開關(guān)管S8上均連接有旁通二極管，所述邏輯電路和驅(qū)動(dòng)電路用于控制開關(guān)管S5、開關(guān)管S6、開關(guān)管S7以及開關(guān)管S8的通斷。

本發(fā)明次級(jí)只需要四個(gè)開關(guān)管即可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，即利用次級(jí)逆變電路對(duì)角方向開關(guān)管的反并聯(lián)二極管為輸出濾波電感提供放電續(xù)流回路，從而實(shí)現(xiàn)為負(fù)載提供連續(xù)電能的目的。

進(jìn)一步地，所述交流電能輸出模塊包括次級(jí)濾波電路以及用于連接用電負(fù)載的電源接口，所述次級(jí)濾波電路包括電感L_fs和電容C_fs，所述電感L_fs和所述電容C_fs串聯(lián)在所述高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊的兩個(gè)輸出端之間，通過所述電容C_fs向用電負(fù)載R_L供電。

進(jìn)一步地，所述高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊中的邏輯電路按以下方式控制：

步驟1：次級(jí)電流采樣電路采集次級(jí)電流；

步驟2：巴特沃斯電子濾波器對(duì)采集的次級(jí)電流進(jìn)行處理得到電流包絡(luò)，電流過零檢測(cè)電路對(duì)采樣電流進(jìn)行電流過零檢測(cè)；

步驟3：電流包絡(luò)是否小于參考電壓值u_ref，是則進(jìn)入步驟4，否則返回步驟2；

步驟4：得到切換信號(hào)，電流過零信號(hào)是否為上升沿，是則進(jìn)入步驟5，否則返回步驟2；

步驟5：邏輯取反，得到軟切換驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

由上述方案可知，本發(fā)明一種基于交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明易實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明的電流采樣電路、巴特沃斯電子濾波器、電流過零檢測(cè)電路、邏輯電路和驅(qū)動(dòng)電路組成了次級(jí)極性軟切換控制模塊，該模塊主要為集成IC器件，因此實(shí)際成本及模塊體積可以做得非常小，易于實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)。

2、集成度高，成本低；本發(fā)明初次級(jí)的主電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，初級(jí)去掉直流大電容與直流調(diào)壓環(huán)節(jié)，次級(jí)不僅沒有大電容，也沒有整流橋，集成度高，有效提升了功率密度，且由于系統(tǒng)主要諧波來自于高頻諧振電流，對(duì)于輸入輸出側(cè)的濾波電路規(guī)模也可以做得很小，極大地降低了系統(tǒng)的整體體積與成本。

3、高效率、高功率因數(shù)；本發(fā)明的原理是將低頻交流調(diào)制為具有低頻包絡(luò)特征的高頻交流實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸，且系統(tǒng)諧振工作頻率穩(wěn)定，輸入側(cè)輸出側(cè)均能有效地濾出高頻諧波，系統(tǒng)不僅具有較高的效率，也有效抑制了高頻諧波，輸入側(cè)具有較高的功率因數(shù)(接近為1)。

4、控制簡(jiǎn)單，次級(jí)控制具有獨(dú)立性；本發(fā)明提出的方法是通過采集次級(jí)側(cè)的諧振電流，巴特沃斯電子濾波器對(duì)諧振電流進(jìn)行處理得到電流包絡(luò)，同時(shí)本發(fā)明檢測(cè)諧振電流的過零點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)次級(jí)極性軟切換，能夠很好跟蹤電流包絡(luò)，適應(yīng)具有慣性相移環(huán)節(jié)的無線電能傳輸系統(tǒng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1(a)為傳統(tǒng)傳輸模式無線電能傳輸系統(tǒng)的原理框圖；

圖1(b)為本實(shí)施例包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本實(shí)施例包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3(a)為傳統(tǒng)包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3(b)為本實(shí)施例包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖4為本實(shí)施例次級(jí)極性軟切換流程圖；

圖5為本實(shí)施例初級(jí)側(cè)高頻調(diào)制示意圖；

圖6為本實(shí)施例次級(jí)側(cè)極性軟切換解調(diào)示意圖；

圖7為本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)1電路圖；

圖8為本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)2電路圖；

圖9為本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)3電路圖；

圖10為本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)4電路圖；

圖11為本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)5電路圖；

圖12為本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)6電路圖；

圖13為本實(shí)施例進(jìn)行仿真設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)表；

圖14為本實(shí)施例輸入電源與輸入電流圖；

圖15為本實(shí)施例輸入功率因數(shù)圖；

圖16為本實(shí)施例輸入電流FFT分析圖；

圖17為本實(shí)施例負(fù)載電壓波形圖；

圖18為本實(shí)施例負(fù)載電壓的FFT分析圖；

圖19為本實(shí)施例效率對(duì)比圖；

圖20為本實(shí)施例功率對(duì)比圖；

圖21為本實(shí)施例輸入功率因數(shù)圖；

圖22為本實(shí)施例濾波器的波特圖；

圖23為本實(shí)施例包絡(luò)檢測(cè)與軟切換控制時(shí)序圖；

圖24為本實(shí)施例次級(jí)諧振電流與極性切換信號(hào)圖；

圖25為本實(shí)施例極性切換點(diǎn)軟開關(guān)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的產(chǎn)品，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例：

本實(shí)施例一種基于交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)，如圖1(b)所示，包括初級(jí)回路和次級(jí)回路，所述初級(jí)回路包括交流電能輸入模塊、高頻包絡(luò)電能變換模塊以及初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)，所述高頻包絡(luò)電能變換模塊將輸入的交流電能進(jìn)行高頻包絡(luò)電能變換，形成具有輸入電源包絡(luò)特征的高頻諧振電流到所述初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)中；所述次級(jí)回路包括次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)、高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊以及交流電能輸出模塊，所述次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)通過電磁耦合拾取初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)中的高頻能量，經(jīng)過所述高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊解調(diào)得到包絡(luò)電流，在不需要次級(jí)整流橋的情況下，由所述交流電能輸出模塊將交流電源輸出給用電負(fù)載。

本實(shí)施例去掉了次級(jí)整流橋，利用開關(guān)管反并聯(lián)二極管提供放電續(xù)流回路，從而實(shí)現(xiàn)為負(fù)載提供連續(xù)電能的目的，該結(jié)構(gòu)降低了系統(tǒng)的成本壓縮了空間，同時(shí)避免了整流橋的導(dǎo)通損耗，以及高頻條件下的高頻損耗，反向漏電流等損耗，提升了系統(tǒng)的效率。

如圖2所示，所述高頻包絡(luò)電能變換模塊包括初級(jí)濾波電路、初級(jí)整流電路、初級(jí)逆變電路、初級(jí)電流采樣電路和初級(jí)控制模塊；所述初級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)包括初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和初級(jí)線圈；

所述初級(jí)濾波電路濾出來自后級(jí)的高頻諧波電流，初級(jí)整流電路對(duì)電源實(shí)現(xiàn)半波整流，所述初級(jí)逆變電路對(duì)經(jīng)過半波整流后的半波電源進(jìn)行高頻調(diào)制，形成具有輸入電源包絡(luò)特征的高頻載波信號(hào)；

所述初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償并使其工作在諧振狀態(tài)，由所述初級(jí)線圈產(chǎn)生高頻諧振電流為所述次級(jí)回路輸出高頻能量；

所述初級(jí)電流采樣電路檢測(cè)初級(jí)線圈側(cè)的諧振電流，初級(jí)控制模塊根據(jù)檢測(cè)到的初級(jí)線圈側(cè)的諧振電流控制所述初級(jí)逆變電路工作。

如圖3(b)，所述初級(jí)濾波電路包括電感L_fp和電容L_fp，電感L_fp的一端接電源的正極、另一端接電容L_fp的一端，電容L_fp的另一端接電源的負(fù)極，電容L_fp的兩端對(duì)應(yīng)接入初級(jí)整流電路的兩個(gè)輸入端中。

所述初級(jí)整流電路是由二極管D1、二極管D2、二極管D3以及二極管D4構(gòu)成的全橋整流電路；

所述初級(jí)逆變電路是由開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3以及開關(guān)管S4構(gòu)成的橋式逆變電路，在開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3以及開關(guān)管S4上均連接有旁通二極管，所述初級(jí)控制模塊用于控制開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3以及開關(guān)管S4的通斷。

如圖2所示，所述次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)包括次級(jí)線圈和次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊包括次級(jí)逆變電路、次級(jí)電流采樣電路、巴特沃斯電子濾波器、電流過零檢測(cè)電路、邏輯電路以及驅(qū)動(dòng)電路；

所述次級(jí)線圈拾取初級(jí)回路的高頻能量并輸出高頻電流，所述次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償并使其工作在諧振狀態(tài)；

所述次級(jí)逆變電路從所述次級(jí)高頻諧振環(huán)節(jié)中獲取高頻諧波電流信號(hào)，所述次級(jí)電流采樣電路采集高頻諧波電流信號(hào)，所述巴特沃斯電子濾波器對(duì)高頻諧波電流進(jìn)行處理得到電流包絡(luò)，所述電流過零檢測(cè)電路對(duì)高頻諧波電流進(jìn)行過零檢測(cè)，所述邏輯電路對(duì)電流包絡(luò)信號(hào)和電流過零檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理得到軟切換驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該軟切換驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過所述驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所述次級(jí)逆變電路工作。

本實(shí)施例引入通信領(lǐng)域的數(shù)字濾波器技術(shù)，采用巴特沃斯電子濾波器對(duì)次級(jí)拾取諧振電流包絡(luò)進(jìn)行處理，為次級(jí)逆變電路提供極性切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了次級(jí)極性軟切換，解決了系統(tǒng)次級(jí)極性切換的問題，同時(shí)巴特沃斯很好的相位特性使得次級(jí)能夠及時(shí)的跟蹤包絡(luò)，避免了系統(tǒng)大慣性造成的包絡(luò)延遲；采用次級(jí)極性軟切換從而得到了一個(gè)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，控制更為便捷，效率更高的交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)。

如圖3(b)，所述次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括電容C_s和電阻R_s，次級(jí)線圈L_s一端經(jīng)過電容C_s接入所述次級(jí)逆變電路的一個(gè)輸入端，次級(jí)線圈L_s另一端經(jīng)過電阻R_s接入所述次級(jí)逆變電路的另一個(gè)輸入端。

所述次級(jí)逆變電路是由開關(guān)管S5、開關(guān)管S6、開關(guān)管S7以及開關(guān)管S8構(gòu)成的橋式逆變電路，在開關(guān)管S5、開關(guān)管S6、開關(guān)管S7以及開關(guān)管S8上均連接有旁通二極管，所述邏輯電路和驅(qū)動(dòng)電路用于控制開關(guān)管S5、開關(guān)管S6、開關(guān)管S7以及開關(guān)管S8的通斷。

本實(shí)施例次級(jí)只需要四個(gè)開關(guān)管即可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，即利用次級(jí)逆變電路對(duì)角方向開關(guān)管的反并聯(lián)二極管為輸出濾波電感提供放電續(xù)流回路，從而實(shí)現(xiàn)為負(fù)載提供連續(xù)電能的目的。

所述交流電能輸出模塊包括次級(jí)濾波電路以及用于連接用電負(fù)載的電源接口，所述次級(jí)濾波電路包括電感L_fs和電容C_fs，所述電感L_fs和所述電容C_fs串聯(lián)在所述高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊的兩個(gè)輸出端之間，通過所述電容C_fs向用電負(fù)載R_L供電。

如圖4所示，高頻包絡(luò)電能解調(diào)模塊中的邏輯電路按以下方式控制：

步驟1：次級(jí)電流采樣電路采集次級(jí)電流；

步驟2：巴特沃斯電子濾波器對(duì)采集的次級(jí)電流進(jìn)行處理得到電流包絡(luò)，電流過零檢測(cè)電路對(duì)采樣電流進(jìn)行電流過零檢測(cè)；

步驟3：電流包絡(luò)是否小于參考電壓值u_ref，是則進(jìn)入步驟4，否則返回步驟2；

步驟4：得到切換信號(hào)，電流過零信號(hào)是否為上升沿，是則進(jìn)入步驟5，否則返回步驟2；

步驟5：邏輯取反，得到軟切換驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

本實(shí)施例初級(jí)側(cè)高頻調(diào)制示意圖，如圖5所示；本實(shí)施例次級(jí)側(cè)極性軟切換解調(diào)示意圖，如圖6所示。下面對(duì)本實(shí)施例的次級(jí)回路進(jìn)行分析，電源半周期內(nèi)，S₅、S₈常通，S₆、S₇常斷(注：另外半周期內(nèi)，S₅、S₈常斷，S₆、S₇常通，結(jié)構(gòu)與控制與前半周期對(duì)稱，不再贅述)，次級(jí)拾取側(cè)解調(diào)在一個(gè)諧振周期內(nèi)具有六個(gè)模態(tài)：

如圖7所示，本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)1電路圖，S₅、S₈導(dǎo)通，S₆、S₇關(guān)斷，輸出濾波電路與負(fù)載接入到次級(jí)諧振網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)對(duì)電感L_fs充電，i_L上升。

如圖8所示，本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)2電路圖，模態(tài)1持續(xù)下去將會(huì)開始諧振，V_Ls電勢(shì)將會(huì)反向，這時(shí)S₆、S₇的反向二極管建立正向電勢(shì)，二極管導(dǎo)通后電壓箝位使得V_Ls電勢(shì)近似為零，電感L_fs通過二極管釋放能量，副邊諧振電流i_Ls正向下降到零，二極管電流i₆、i₇逐漸增加，i₅、i₆正向下降，電感電流i_L下降。

如圖9所示，本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)3電路圖，S₆、S₇反向二極管仍具有正向電勢(shì)，但由于二極管導(dǎo)通后電壓箝位，V_Ls電勢(shì)近似為零，電感L_fs通過二極管繼續(xù)釋放能量，副邊諧振電流i_Ls反向上升，二極管電流i₆、i₇繼續(xù)逐漸增加，i₅、i₆正向下降到零，電感電流i_L繼續(xù)下降。

如圖10所示，本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)4電路圖，S₆、S₇反向二極管仍具有正向電勢(shì)，二極管導(dǎo)通后電壓箝位，V_Ls電勢(shì)近似為零，電感L_fs通過二極管繼續(xù)釋放能量，電感電流i_L繼續(xù)下降，副邊諧振電流i_Ls反向諧振，二極管電流i₆、i₇繼續(xù)諧振，i₅、i₆反向諧振到零。

如圖11所示，本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)5電路圖，S₆、S₇反向二極管仍具有正向電勢(shì)，二極管導(dǎo)通后電壓箝位，V_Ls電勢(shì)近似為零，電感L_fs通過二極管繼續(xù)釋放能量，電感電流i_L繼續(xù)下降，副邊諧振電流i_Ls反向到零，二極管電流i₆、i₇繼續(xù)逐漸減小方向不變，i₅、i₆正向增加。

如圖12所示，本實(shí)施例拾取側(cè)解調(diào)模態(tài)6電路圖，S₆、S₇反向二極管仍具有正向電勢(shì)，二極管導(dǎo)通后電壓箝位，V_Ls電勢(shì)近似為零，電感L_fs通過二極管繼續(xù)釋放能量，電感電流i_L繼續(xù)下降，副邊諧振電流i_Ls正向上升，二極管電流i₆、i7繼續(xù)逐漸減小到零方向不變，i5、i6正向增加。

本實(shí)施例的仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證如下：

1、交流包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)驗(yàn)證

如圖13所示，本實(shí)施例進(jìn)行仿真設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)表；

如圖14所示，本實(shí)施例輸入電源與輸入電流圖；

如圖15所示，本實(shí)施例輸入功率因數(shù)圖，由圖中可看出，0-0.025s為系統(tǒng)暫態(tài)啟動(dòng)過程，在0.025s后系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，功率因數(shù)為0.99972，表明系統(tǒng)具有很高的輸入功率因數(shù)。

無線傳輸系統(tǒng)通常都是工作在高頻狀態(tài)以便于實(shí)現(xiàn)電能在空氣介質(zhì)中傳播，而且系統(tǒng)工作頻率保持穩(wěn)定，由于諧振頻率較高而且固定，極大的方便輸入濾波電路的設(shè)計(jì)和降低濾波電路尺寸和體積，系統(tǒng)輸入電感只需要225.19μH，電容為22μF。如圖16所示，本實(shí)施例輸入電流FFT分析圖，圖為輸入電流的傅里葉分析，從圖中可以看到，總諧波畸變率只有0.83％。

2、負(fù)載電壓分析

負(fù)載電壓及其傅里葉分析如圖17、圖18所示，類似地，次級(jí)諧振工作頻率保持穩(wěn)定，由于諧振頻率較高而且固定，也極大的方便輸出濾波電路的設(shè)計(jì)和降低濾波電路尺寸和體積，系統(tǒng)輸出濾波電感只需要2.25mH，電容僅需要1.126μF即可，此處與輸入側(cè)設(shè)計(jì)不一致的原因主要是，增大電容會(huì)抬高包絡(luò)谷值，所以在輸出側(cè)可以遵循增大電感，減小電容的準(zhǔn)則。從圖18的負(fù)載電壓的FFT分析圖可以看到，總諧波畸變率只有0.79％。

3、本實(shí)施例與傳統(tǒng)整流橋結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)在功率、效率、輸入功率因數(shù)上的對(duì)比

由圖19的效率對(duì)比圖可以看到，本發(fā)明在負(fù)載30-70歐姆的變化范圍內(nèi)始終保持效率高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)；由圖20的功率對(duì)比圖可以看出，傳輸功率上，本發(fā)明低于傳統(tǒng)帶整流橋結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，但是功率并沒有發(fā)生較大下降；由圖21的輸入功率因數(shù)圖可以看出，本發(fā)明在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)都保持著較高的輸入功率因數(shù)，在負(fù)載較小和較大的時(shí)候，本發(fā)明具有比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更高的輸入功率因數(shù)，在40-60歐姆范圍內(nèi)，略低于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是差距并不大，總體輸入功率近于1。

4、次級(jí)極性軟切換的實(shí)現(xiàn)

如圖22所示，本實(shí)施例濾波器的波特圖，巴特沃斯電子濾波器參數(shù)：設(shè)計(jì)響應(yīng)類型為低通濾波(lowpass)，截止頻率fc為0.5KHz，濾波器階數(shù)為4階；如圖23所示，本實(shí)施例包絡(luò)檢測(cè)與軟切換控制時(shí)序圖，通道一為通過檢波電路后的諧振電流，通道二為檢測(cè)的電流包絡(luò)線，通道三為包絡(luò)與參考電壓比較產(chǎn)生的切換信號(hào)，通道四為軟切換驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)線為S5、S8的驅(qū)動(dòng)；虛線會(huì)互補(bǔ)的S6、S7驅(qū)動(dòng)信號(hào)；圖24為本實(shí)施例次級(jí)諧振電流與極性切換信號(hào)圖；圖25為本實(shí)施例極性切換點(diǎn)軟開關(guān)圖。

本實(shí)施例相較于傳統(tǒng)包絡(luò)調(diào)制無線電能傳輸系統(tǒng)在去掉了次級(jí)整流電路，采用巴特沃斯電子濾波器對(duì)次級(jí)拾取諧振電流包絡(luò)進(jìn)行處理，為次級(jí)逆變電路提供極性切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使次級(jí)控制具有獨(dú)立性且控制簡(jiǎn)單，該結(jié)構(gòu)極大地降低了系統(tǒng)的整體體積與成本，提高了傳輸效率和輸入功率因數(shù)。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。