本發(fā)明涉及自動(dòng)調(diào)諧，具體的，涉及一種自動(dòng)調(diào)諧裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、無(wú)線(xiàn)電力傳輸(wpt)技術(shù)作為一種非接觸式的充電方式，因?yàn)槠浒踩奖愕奶匦裕呀?jīng)成為電動(dòng)汽車(chē)、智能手機(jī)、生物醫(yī)學(xué)和其他電子設(shè)備廣泛采用的充電解決方案。然而，在工程實(shí)踐中，由于元件老化、工作溫度變化等因素引起的lc參數(shù)發(fā)生變化，可能會(huì)引起系統(tǒng)發(fā)生失諧問(wèn)題。此外，在特定情況下，通過(guò)調(diào)制工作頻率調(diào)節(jié)輸出功率或使用擴(kuò)頻技術(shù)降低電磁干擾峰值也會(huì)導(dǎo)致wpt網(wǎng)絡(luò)中的諧振頻率失調(diào)。

2、為了解決wpt系統(tǒng)中的諧振頻率失調(diào)，關(guān)于自動(dòng)調(diào)諧方法的研究日益增多?，F(xiàn)有的自動(dòng)調(diào)諧裝置大多是將mosfet與電容器以并聯(lián)或串聯(lián)的方式連接在一起，通過(guò)調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位或占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)電容大小的調(diào)整。然而，通過(guò)調(diào)節(jié)相位改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)與流過(guò)lc電路電流相位差的調(diào)諧方法在半個(gè)周期內(nèi)只能使電容進(jìn)行單向變化，調(diào)諧范圍受到限制。為了擴(kuò)大調(diào)諧范圍，實(shí)現(xiàn)電容大小的雙向調(diào)節(jié)，需要應(yīng)用復(fù)雜的控制系統(tǒng)控制柵極信號(hào)，當(dāng)需要電容在增大與減小兩種模式之間切換時(shí)，柵極信號(hào)會(huì)在控制器的作用下突變反轉(zhuǎn)180°，不能平滑切換工作模式。上述調(diào)諧方法關(guān)于對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的調(diào)節(jié)，都需要借助復(fù)雜的控制系統(tǒng)，極大增加了設(shè)計(jì)難度。

3、中國(guó)專(zhuān)利，公開(kāi)號(hào)：cn116169003a，公開(kāi)日：2023年5月26日，公開(kāi)了射頻電源自動(dòng)調(diào)諧裝置和方法，包括：微控制器單元、頻率發(fā)生單元、幅度發(fā)生單元，電壓采集單元；通過(guò)對(duì)輸出頻率步進(jìn)變化的方式，對(duì)射頻電源進(jìn)行頻率控制，并采集調(diào)諧電壓；將調(diào)諧電壓反向變動(dòng)前的輸出頻率認(rèn)為是諧振頻率，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)頻率對(duì)射頻電源進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，但是其需要借助復(fù)雜的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有對(duì)lc電路自動(dòng)調(diào)諧時(shí)無(wú)法平滑切換調(diào)節(jié)模式從而造成的調(diào)諧范圍低和調(diào)諧效果差的問(wèn)題，提出了一種自動(dòng)調(diào)諧裝置，通過(guò)將兩個(gè)可調(diào)電容電路并聯(lián)，當(dāng)出現(xiàn)失諧時(shí)，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析，基于分析結(jié)果生成控制信號(hào)，根據(jù)控制信號(hào)對(duì)可調(diào)電容電路進(jìn)行控制從而調(diào)節(jié)可調(diào)電容電路之間的等效電容，根據(jù)等效電容的改變來(lái)對(duì)wpt系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)諧，利用了電壓的變化實(shí)現(xiàn)調(diào)諧模塊等效電容的雙向調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了調(diào)諧范圍，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電容增大與減小兩種模式的平滑切換，從而顯著提高了調(diào)諧效果。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種技術(shù)方案是：一種自動(dòng)調(diào)諧裝置，適用于wpt系統(tǒng)，包括：

3、輸入模塊、調(diào)諧模塊和輸出模塊；所述調(diào)諧模塊的輸入端和輸出端分別與輸入模塊和輸出模塊連接；

4、所述調(diào)諧模塊包括依次串聯(lián)的自感裝置、可調(diào)電容裝置以及阻尼裝置；

5、所述可調(diào)電容裝置包括第一可調(diào)電容電路和第二可調(diào)電容電路，所述第一可調(diào)電容電路和第二可調(diào)電容電路并聯(lián)，所述wpt系統(tǒng)接收輸入模塊的電信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行分析生成控制信號(hào)，所述控制分別作用于所述第一可調(diào)電容電路和第二可調(diào)電容電路執(zhí)行電容調(diào)節(jié)。

6、本方案中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的自動(dòng)調(diào)諧并提高調(diào)諧范圍，通過(guò)輸入模塊將電路的輸入信號(hào)輸入到調(diào)諧模塊中，調(diào)諧模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析，基于分析結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行調(diào)諧，從而將調(diào)諧后的信號(hào)通過(guò)輸出模塊進(jìn)行輸出，以此實(shí)現(xiàn)了電路的自動(dòng)調(diào)諧；通過(guò)將第一可調(diào)電容電路與第二可調(diào)電容電路并聯(lián)可以在失諧時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧模塊等效電容的雙向調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了調(diào)諧范圍，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電容增大與減小兩種模式的平滑切換；通過(guò)自感裝置與可調(diào)電容裝置之間的配合可以根據(jù)輸入信號(hào)的工作頻率來(lái)對(duì)可調(diào)電容裝置的電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)電容值的改變來(lái)改變電路的諧振頻率，從而使諧振頻率重新等于工作頻率，使電路重新諧振，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)諧效果顯著。

7、作為優(yōu)選，所述第一可調(diào)電容電路包括第一固定電容和第一控制開(kāi)關(guān)，所述第一固定電容的第一端與所述自感裝置電連接，所述第一固定電容的第二端與第一控制開(kāi)關(guān)的第一端電連接，所述第一控制開(kāi)關(guān)的第二端與所述阻尼裝置電連接，所述第一控制開(kāi)關(guān)的受控端與wpt系統(tǒng)的控制端電連接。

8、本方案中，通過(guò)將第一固定電容與第一控制開(kāi)關(guān)連接，第二固定電容與第二控制開(kāi)關(guān)連接，采用這種方式可以通過(guò)對(duì)控制開(kāi)關(guān)的閉合時(shí)間進(jìn)行控制來(lái)改變固定電容的充放電過(guò)程從而改變調(diào)諧模塊的輸入阻抗，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的自動(dòng)調(diào)諧，而控制開(kāi)關(guān)的閉合基于輸入模塊的輸入信號(hào)的頻率，若輸入信號(hào)的頻率不等于諧振頻率，則基于差值對(duì)控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，使第一固定電容和第二固定電容組合的等效電容改變，直至諧振頻率等于輸入信號(hào)的頻率，采用這種方式所需要的部件簡(jiǎn)單，且無(wú)需復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)，降低了制造成本。

9、作為優(yōu)選，所述第二可調(diào)電容電路包括第二固定電容和第二控制開(kāi)關(guān)，所述第二固定電容的第一端與所述自感裝置電連接，所述第二固定電容的第二端與第二控制開(kāi)關(guān)的第一端電連接，所述第二控制開(kāi)關(guān)的第二端與所述阻尼裝置電連接，所述第二控制開(kāi)關(guān)的受控端與wpt系統(tǒng)的控制端電連接。

10、本方案中，通過(guò)第二固定電容與第二控制開(kāi)關(guān)連接，采用這種方式可以通過(guò)對(duì)控制開(kāi)關(guān)的閉合時(shí)間進(jìn)行控制來(lái)改變固定電容的充放電過(guò)程從而改變調(diào)諧模塊的輸入阻抗，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的自動(dòng)調(diào)諧，而控制開(kāi)關(guān)的閉合基于輸入模塊的輸入信號(hào)的頻率，若輸入信號(hào)的頻率不等于諧振頻率，則基于差值對(duì)控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，使第一固定電容和第二固定電容組合的等效電容改變，直至諧振頻率等于輸入信號(hào)的頻率，采用這種方式所需要的部件簡(jiǎn)單，且無(wú)需復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)，降低了制造成本。

11、作為優(yōu)選，所述輸出模塊包括負(fù)載電容和負(fù)載電阻，所述負(fù)載電容與負(fù)載電阻并聯(lián)。

12、本方案中，將負(fù)載電容和負(fù)載電阻并聯(lián)可以對(duì)輸出模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓處理，提高了輸出模塊的輸出信號(hào)的信號(hào)穩(wěn)定性，從而提高了對(duì)電路調(diào)諧的精確程度，提升了調(diào)諧質(zhì)量。

13、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例中提供的另一種技術(shù)方案是：一種自動(dòng)調(diào)諧方法，包括以下步驟：

14、s1、設(shè)定第一固定電容和第二固定電容的電容值；

15、s2、基于第一固定電容和第二固定電容的電容值獲取調(diào)諧模塊的等效電容；檢測(cè)輸入模塊的輸入信號(hào)的工作頻率，基于工作頻率和諧振頻率的數(shù)值比較結(jié)果生成對(duì)應(yīng)的偏移電壓；

16、s3、基于偏移電壓調(diào)節(jié)調(diào)諧模塊兩端的電壓，基于電壓調(diào)節(jié)結(jié)果調(diào)節(jié)調(diào)諧模塊的等效電容，直至工作頻率等于諧振頻率。

17、本方案中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的自動(dòng)調(diào)諧，通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行分析，再根據(jù)分析結(jié)果設(shè)置第一固定電容和第二固定電容的電容值，通過(guò)對(duì)第一固定電容和第二固定電容綜合分析，將其與控制開(kāi)關(guān)連接的電路等效視為一個(gè)可以根據(jù)電路輸入信號(hào)的變化而變化的可調(diào)節(jié)的等效電容，通過(guò)對(duì)等效電容根據(jù)輸入信號(hào)的自適應(yīng)條件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的自動(dòng)調(diào)諧，同時(shí)由于第一固定電容和第二固定電容的存在，使等效電容在調(diào)節(jié)時(shí)可以在電容增大和減小兩種模式之間平滑切換，擴(kuò)大了調(diào)諧范圍且調(diào)諧過(guò)程簡(jiǎn)單，同時(shí)也降低了調(diào)諧成本。

18、作為優(yōu)選，s1中，設(shè)定第一固定電容和第二固定電容的電容值，包括以下步驟：獲取輸入模塊的初始諧振頻率和自感值，基于輸入模塊的初始諧振頻率和自感值設(shè)定第一固定電容和第二固定電容的電容值。

19、本方案中，為了保證在調(diào)諧時(shí)，調(diào)諧模塊的等效電容增大與減小兩種模式的平滑切換，將第一固定電容和第二固定電容設(shè)置為相同大小的電容，方便對(duì)電容充分電過(guò)程的調(diào)節(jié)，從而保證了調(diào)諧的平滑，從而提高了調(diào)諧效果；為了方便對(duì)調(diào)諧時(shí)系統(tǒng)的分析，將第一固定電容和第二固定電容的電容值與電路的諧振頻率與自感相關(guān)聯(lián)，可以更加方便的得到電路失諧時(shí)重新回到諧振狀態(tài)的條件，從而基于條件對(duì)電路進(jìn)行調(diào)諧，提高了調(diào)諧效率。

20、作為優(yōu)選，s2中，檢測(cè)輸入模塊的輸入信號(hào)的工作頻率，基于工作頻率和諧振頻率的數(shù)值比較結(jié)果生成對(duì)應(yīng)的偏移電壓，包括以下步驟：

21、若工作頻率等于諧振頻率，不生成偏移電壓；

22、若工作頻率小于諧振頻率，生成負(fù)向偏移電壓；

23、若工作頻率大于諧振頻率，生成正向偏移電壓。

24、本方案中，通過(guò)對(duì)輸入電路的信號(hào)進(jìn)行分析，將工作頻率與諧振頻率的大小進(jìn)行比較，若工作頻率等于諧振頻率，則說(shuō)明電路處于諧振狀態(tài)，此時(shí)無(wú)需對(duì)電路進(jìn)行調(diào)諧，若工作頻率小于諧振頻率，則說(shuō)明電路處于失諧狀態(tài)，需要對(duì)電路的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)生成負(fù)向偏移電壓來(lái)降低電路的諧振頻率，以此讓電路重新回到諧振狀態(tài)，若工作頻率大于諧振頻率，則說(shuō)明電路處于失諧狀態(tài)，需要對(duì)電路的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)生成正向偏移電壓來(lái)增大電路的諧振頻率，以此讓電路重新回到諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路的雙向調(diào)節(jié)，保證了對(duì)電路諧振頻率增大和減小兩種調(diào)節(jié)模式切換平滑。

25、作為優(yōu)選，若工作頻率小于諧振頻率，生成負(fù)向偏移電壓，包括以下步驟：

26、若工作頻率小于諧振頻率，則生成電路的輸入電流和輸入電壓的超前相位差；

27、基于超前相位差縮短第一固定電容和第二固定電容的充電時(shí)間，延長(zhǎng)放電時(shí)間；

28、基于第一固定電容和第二固定電容的充電時(shí)間和放電時(shí)間的變化生成負(fù)向偏移電壓。

29、本方案中，為了將諧振頻率降低，通過(guò)檢測(cè)電路的輸入電流和輸入電壓的相位，由于輸入電壓的相位與驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持同相，但是工作頻率降低，因此輸入電流的相位會(huì)超前于輸入電壓的相位，因此兩者之間生成了超前相位差，為了將輸入電流與輸入電壓的相位調(diào)整為同相，需要縮短第一固定電容和第二固定電容的充電時(shí)間，延長(zhǎng)放電時(shí)間，從而產(chǎn)生了負(fù)向偏移電壓，負(fù)向偏移電壓用于降低調(diào)諧模塊兩端的電壓，以此來(lái)降低諧振頻率。

30、作為優(yōu)選，若工作頻率大于諧振頻率，生成負(fù)向偏移電壓，包括以下步驟：

31、若工作頻率大于諧振頻率，則生成電路的輸入電流和輸入電壓的滯后相位差；

32、基于滯后相位差延長(zhǎng)第一固定電容和第二固定電容的充電時(shí)間，縮短放電時(shí)間；

33、基于第一固定電容和第二固定電容的充電時(shí)間和放電時(shí)間的變化生成正向偏移電壓。

34、本方案中，為了將諧振頻率提高，通過(guò)檢測(cè)電路的輸入電流和輸入電壓的相位，由于輸入電壓的相位與驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持同相，但是工作頻率增大，因此輸入電流的相位會(huì)滯后于輸入電壓的相位，因此兩者之間生成了滯后相位差，為了將輸入電流與輸入電壓的相位調(diào)整為同相，需要增大第一固定電容和第二固定電容的充電時(shí)間，縮短放電時(shí)間，從而產(chǎn)生了正向偏移電壓，正向偏移電壓用于升高調(diào)諧模塊兩端的電壓，以此來(lái)提高諧振頻率。

35、作為優(yōu)選，s3中，基于偏移電壓調(diào)節(jié)調(diào)諧模塊兩端的電壓，基于電壓調(diào)節(jié)結(jié)果調(diào)節(jié)調(diào)諧模塊的等效電容，直至工作頻率等于諧振頻率，包括以下步驟：

36、若沒(méi)有生成偏移電壓，則調(diào)諧模塊兩端的電壓不變，調(diào)諧模塊的等效電容不變；

37、若生成負(fù)向偏移電壓，則基于負(fù)向偏移電壓降低調(diào)諧模塊兩端的電壓，調(diào)諧模塊的等效電容增加，基于等效電容的增加值降低諧振頻率，直至與工作頻率相等；

38、若生成正向偏移電壓，則基于正向偏移電壓增大調(diào)諧模塊兩端的電壓，調(diào)諧模塊的等效電容減小，基于等效電容的減小值增大諧振頻率，直至與工作頻率相等。

39、本方案中，為了通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)諧模塊兩端的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的調(diào)諧，通過(guò)生成的偏移電壓類(lèi)型來(lái)對(duì)調(diào)諧模塊兩端的電壓進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)諧模塊兩端的電壓等效為一個(gè)等效電容，當(dāng)調(diào)諧模塊兩端的電壓降低時(shí)，等效電容增加，則電路的諧振頻率降低，以此來(lái)適應(yīng)降低的工作頻率，從而讓電路恢復(fù)諧振狀態(tài)，當(dāng)調(diào)諧模塊兩端的電壓升高時(shí)，等效電容降低，則電路的諧振頻率升高，以此來(lái)適應(yīng)增大的工作頻率，從而讓電路恢復(fù)諧振狀態(tài)，可以靈活地選擇增加或減少lc電路中的電容，實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)諧，增加了調(diào)諧范圍。

40、本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明通過(guò)將第一可調(diào)電容電路和第二可調(diào)電容電路并聯(lián)，可以靈活地根據(jù)工作頻率選擇增大或減小電容，實(shí)現(xiàn)了雙向調(diào)諧，有效擴(kuò)大了調(diào)諧范圍；

41、(2)本發(fā)明通過(guò)基于電路的輸入電壓和輸入電流來(lái)對(duì)控制開(kāi)關(guān)的閉合進(jìn)行控制，以此來(lái)調(diào)節(jié)固定電容的充放電時(shí)間，從而改變調(diào)諧模塊兩端的電壓和有效電容，電容增大和電容減小兩種調(diào)諧模式可以平滑切換，在模式切換過(guò)程中，控制開(kāi)關(guān)無(wú)需進(jìn)行突變，既保證了模式切換的靈活性，又避免了復(fù)雜控制系統(tǒng)的使用。

42、上述
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。