CN105680577A - 一种宽范围功率可调无线电能传输系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽范围功率可调无线电能传输系统及其控制方法，该系统包括直流电源、高频逆变单元、基波能量通路、谐波能量通路、整流滤波单元、负载、原边控制单元和副边控制单元；根据负载所需系统输出功率要求的不同，基于基波能量通道和谐波能量通道的功率传输特性差异，通过控制基波能量通道中的基波双向开关S₁与谐波能量通道中的谐波双向开关S₂的开关方式，使系统工作于基波能量通道独立供电、谐波能量通道独立供电、基波与谐波能量通道并行供电三种模式下，实现输出功率宽范围可调。优点：基波能量通路与谐波能量通路协同工作，不仅提高了电源能量的利用率，而且在不加入复杂的控制电路基础上，实现输出功率宽范围可调功能。

Description

一种宽范围功率可调无线电能传输系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输系统及其控制方法，特别是一种宽范围功率可调无线电能传输系统及其控制方法。

背景技术

近年，随着无线电能传输技术理论研究的不断深入，越来越多的团队开始加入到这个大家庭中来。无线电能传输起源于十九世纪末期，首先由尼古拉·特斯拉提出，鉴于其所具有的安全、便利、适应环境能力强等优势，以及可以解决某些特定场合的应用问题，而进入人们的视线，成为了当前电力电子领域的研究热点。

无线电能传输系统主要分为电磁感应耦合式、磁共振耦合式、微波辐射式三种，其中，电磁感应耦合式电能传输系统由于其效率较高、结构简单得到广泛研究和应用。电磁感应耦合式无线电能传输系统利用原边发射线圈中通入高频交流电能产生高频磁场，副边拾取线圈通过电磁耦合方式从高频磁场中获取电能，实现原边机构到副边机构的物理隔离。

目前电磁感应耦合式无线电能传输系统都是利用高频逆变装置将直流电逆变成高频交流方波，然后通过设计谐振补偿网络选取高频交流方波中的高频正弦基波，从而产生高频磁场。但是，在满足狄里赫利条件下，任意周期信号都可以展开成傅里叶级数，所以在逆变所产生的高频交流方波中存在丰富的谐波资源，而面对这些谐波，我们通常采取滤除的方式去解决它们，这无疑降低了电源能量的利用率。

在无线电能传输系统功率方面，文献《无线电能传输系统能量建模及其应用》提出了一种原边能量注入式电磁感应耦合式无线电能传输系统输出功率控制策略，该控制模式基于能量守恒原理，在等效负载理论与电磁感应耦合式无线电能传输系统反射阻抗计算的基础上，通过对逆变器输出功率与给定参考量的对比实现任意补偿网络拓扑的电磁感应耦合式无线电能传输系统输出功率控制。文献《非接触供电移相控制系统建模研究》描述了电流型无接触供电系统的一种移相控制策略，通过调整全桥逆变器桥臂直通时间控制传输功率。但这些功率调节方法中，往往要加入复杂的控制电路并配置相应算法，需要从原边机构进行功率控制，而负载被连接在副边机构中，由于电磁感应耦合式无线电能传输系统原、副边机构的物理隔离，这使得副边机构负载所需要的输出功率信息很难传输到原边机构中。而且这些功率调节方法中，都是利用基波进行功率调节，而没有过从谐波利用的角度去考虑系统功率调节的想法。

发明内容

本发明的目的是要提供一种宽范围功率可调无线电能传输系统及其控制方法，解决现有技术中副边机构负载所需要的输出功率信息很难传输到原边机构中的问题，充分利用谐波能量，通过改变基波能量通路和谐波能量通路双通路无线电能传输系统的工作模式，实现控制系统输出功率的目的。

本发明的目的是这样实现的：无线电能传输系统包括：直流电源、高频逆变单元、基波能量通路、谐波能量通路、整流滤波单元、负载、原边控制单元和副边控制单元；直流电源为高频逆变单元供电，原边控制单元为高频逆变单元的控制器；高频逆变单元的输出端同时与基波能量通路的输入端和谐波能量通路的输入端连接，基波能量通路的输出端和谐波能量通路的输出端分别与二个整流滤波单元输入端连接，整流滤波单元的输出端与负载连接，负载的反馈信号与副边控制单元连接。

所述的高频逆变单元：选用全桥逆变电路，基波能量通路与谐波能量通路并联连接在高频逆变单元的输出端。

所述的基波能量通路：由基波能量发射线圈电感并联基波原边补偿电容后串联基波原边补偿电感组成LCL谐振补偿结构，基波能量拾取线圈电感串联基波副边补偿电容后再串联一个基波双向开关组成，基波能量发射线圈电感与基波能量拾取线圈电感采用松耦合磁路结构实现物理隔离；其中基波能量发射线圈电感与基波原边补偿电感的电感值相等，在系统基波工作角频率ω处，基波能量发射线圈电感与基波原边补偿电容满足谐振关系，基波能量拾取线圈电感与基波副边补偿电容满足谐振关系，保证基波能量发射线圈电感上恒流。

所述的谐波能量通路：由谐波能量发射线圈电感并联谐波原边补偿电容后串联谐波原边补偿电感组成LCL谐振补偿结构，谐波能量拾取线圈电感串联谐波副边补偿电容后再串联一个谐波双向开关组成，谐波能量发射线圈电感与谐波能量拾取线圈电感采用松耦合磁路结构实现物理隔离；其中谐波能量发射线圈电感与谐波原边补偿电感的电感值相等，在系统n次谐波工作角频率nω处，n＝3,5,7,9,……，谐波能量发射线圈电感与谐波原边补偿电容满足谐振关系，谐波能量拾取线圈电感与谐波副边补偿电容满足谐振关系，保证谐波能量发射线圈电感上恒流。

所述的整流滤波单元：包括二极管D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄组成不可控整流电路后并联滤波电容C₁形成基波整流滤波电路，连接在基波能量通路3输出端；二极管D₂₁、D₂₂、D₂₃、D₂₄组成不可控整流电路后并联滤波电容C₂形成谐波整流滤波电路，连接在谐波能量通路输出端；然后，基波整流滤波电路与谐波整流滤波电路串联后组成整流滤波单元，为负载供电。

所述的原边控制单元：由原边控制器DSP23和原边驱动电路组成；原边控制器DSP23的输出端与原边驱动电路的输入端连接，原边驱动电路的输出端对高频逆变单元实施控制。

所述的副边控制单元：由功率检测电路、副边控制器DSP26和副边驱动电路组成；功率检测电路的输出端与副边控制器DSP26的输入端连接，副边控制器DSP26的输出端与副边驱动电路的输入端连接，副边驱动电路的输出端对基波双向开关与谐波双向开关实施控制。

所述的一种输出功率可调节的无线电能传输系统的控制方法如下：

(1)当基波双向开关S₁开通、谐波双向开关S₂断开时，无线电能传输系统工作于基波通道能量独立供电模式，系统输出功率为P₁；当基波双向开关S₁断开、谐波双向开关S₂开通时，无线电能传输系统工作于谐波能量通道独立供电模式，系统输出功率为P₂；当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时，无线电能传输系统工作于基波能量通道与谐波能量通道并行供电模式，系统输出功率为P₃；当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时，无线电能传输系统中无能量通路工作，系统输出功率为0；

(2)根据负载所需系统输出功率要求的不同，通过控制基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂在周期T内，基波双向开关S₁单独开通时间T₁、谐波双向开关S₂单独开通时间T₂、基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时间T₃以及基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的长短，来控制系统输出功率P＝(P₁*T₁+P₂*T₂+P₃*T₃+0*T₀)/T的大小，其中0≤T₀、T₁、T₂、T₃≤T，T₀+T₁+T₂+T₃＝T，且P₂<P₁<P₃，使系统输出功率0～P₃宽范围内连续可调，以满足负载的功率需求；

(3)鉴于谐波能量通道独立供电模式下的系统传输效率较基波通道能量独立供电模式时高，所以本系统以系统传输效率为参考依据，优先保障谐波能量通道工作时间，通过基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂的搭配使用，将系统输出功率分为0～P₂、P₂～P₃两个阶段；如果系统输出功率在0～P₂区间内，使基波双向开关S₁在周期T内始终处于关断状态，通过控制双向开关S₂在周期T内开通时间T₂和基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的比例，实现系统输出功率在0～P₂区间内连续可调；如果系统输出功率在P₂～P₃区间内，首先使双向开关S₂在周期T内始终处于开通状态，然后通过控制基波双向开关S₁在周期T内开通时间T₃的长短，实现系统输出功率在P₂～P₃区间内连续可调。

有益效果，由于采用了上述方案，解决了电源能量利用率低和调功控制电路复杂的问题，达到了本发明提高电源能量利用率以及在不加入复杂的控制电路条件下实现了输出功率宽范围可调的目的。

附图说明：

图1为本发明系统主电路结构图。

图2为本发明系统输出功率调节示意图。

图3为本发明系统输出功率仿真波形图。

图中，1、直流电源；2、高频逆变单元；3、基波能量通路；4、谐波能量通路；5、整流滤波单元；6、负载；7、原边控制单元；8、副边控制单元；9、基波原边补偿电感；10、基波原边补偿电容；11、基波能量发射线圈电感；12、基波能量拾取线圈电感；13、基波副边补偿电容；14、基波双向开关；15、谐波原边补偿电感；16、谐波原边补偿电容；17、谐波能量发射线圈电感；18、谐波能量拾取线圈电感；19、谐波副边补偿电容；20、谐波双向开关；21、基波整流滤波电路；22、谐波整流滤波电路；23、原边控制器DSP；24、原边驱动电路；25、功率检测电路；26、副边控制器DSP；27、副边驱动电路

具体实施方式

无线电能传输系统包括：直流电源1、高频逆变单元2、基波能量通路3、谐波能量通路4、整流滤波单元5、负载6、原边控制单元7和副边控制单元8；直流电源1为高频逆变单元2供电，原边控制单元7为高频逆变单元2的控制器；高频逆变单元2的输出端同时与基波能量通路3的输入端和谐波能量通路4的输入端连接，基波能量通路3的输出端和谐波能量通路4的输出端分别与二个整流滤波单元5输入端连接，整流滤波单元5的输出端与负载6连接，负载6的反馈信号与副边控制单元8连接；。

所述的高频逆变单元2：选用全桥逆变电路，基波能量通路3与谐波能量通路4并联连接在高频逆变单元2的输出端。

所述的基波能量通路3：由基波能量发射线圈电感11并联基波原边补偿电容10后串联基波原边补偿电感9组成LCL谐振补偿结构，基波能量拾取线圈电感12串联基波副边补偿电容13后再串联一个基波双向开关14组成，基波能量发射线圈电感11与基波能量拾取线圈电感12采用松耦合磁路结构实现物理隔离；其中基波能量发射线圈电感11与基波原边补偿电感9的电感值相等，在系统基波工作角频率ω处，基波能量发射线圈电感11与基波原边补偿电容10满足谐振关系，基波能量拾取线圈电感12与基波副边补偿电容13满足谐振关系，保证基波能量发射线圈电感11上恒流。

所述的谐波能量通路4：由谐波能量发射线圈电感17并联谐波原边补偿电容16后串联谐波原边补偿电感15组成LCL谐振补偿结构，谐波能量拾取线圈电感18串联谐波副边补偿电容19后再串联一个谐波双向开关20组成，谐波能量发射线圈电感17与谐波能量拾取线圈电感18采用松耦合磁路结构实现物理隔离；其中谐波能量发射线圈电感17与谐波原边补偿电感15的电感值相等，在系统n(n＝3,5,7,9,……)次谐波工作角频率nω处，谐波能量发射线圈电感17与谐波原边补偿电容16满足谐振关系，谐波能量拾取线圈电感18与谐波副边补偿电容19满足谐振关系，保证谐波能量发射线圈电感17上恒流。

所述的整流滤波单元5：包括二极管D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄组成不可控整流电路后并联滤波电容C₁形成基波整流滤波电路21，连接在基波能量通路3输出端；二极管D₂₁、D₂₂、D₂₃、D₂₄组成不可控整流电路后并联滤波电容C₂形成谐波整流滤波电路22，连接在谐波能量通路4输出端；然后，基波整流滤波电路21与谐波整流滤波电路22串联后组成整流滤波单元5，为负载供电。

所述的原边控制单元7：由原边控制器DSP23和原边驱动电路24组成；原边控制器DSP23的输出端与原边驱动电路24的输入端连接，原边驱动电路的输出端对高频逆变单元2实施控制。

所述的副边控制单元8：由功率检测电路25、副边控制器DSP26和副边驱动电路27组成；功率检测电路25的输出端与副边控制器DSP26的输入端连接，副边控制器DSP26的输出端与副边驱动电路27的输入端连接，副边驱动电路27的输出端对基波双向开关14与谐波双向开关20实施控制。

所述的一种输出功率可调节的无线电能传输系统的控制方法如下：

(1)当基波双向开关S₁开通、谐波双向开关S₂断开时，无线电能传输系统工作于基波通道能量独立供电模式，系统输出功率为P₁；当基波双向开关S₁断开、谐波双向开关S₂开通时，无线电能传输系统工作于谐波能量通道独立供电模式，系统输出功率为P₂；当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时，无线电能传输系统工作于基波能量通道与谐波能量通道并行供电模式，系统输出功率为P₃；当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时，无线电能传输系统中无能量通路工作，系统输出功率为0；

(2)根据负载所需系统输出功率要求的不同，通过控制基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂在周期T内，基波双向开关S₁单独开通时间T₁、谐波双向开关S₂单独开通时间T₂、基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时间T₃以及基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的长短，来控制系统输出功率P＝(P₁*T₁+P₂*T₂+P₃*T₃+0*T₀)/T的大小，其中0≤T₀、T₁、T₂、T₃≤T，T₀+T₁+T₂+T₃＝T，且P₂<P₁<P₃，使系统输出功率0～P₃宽范围内连续可调，以满足负载的功率需求；

(3)鉴于谐波能量通道独立供电模式下的系统传输效率较基波通道能量独立供电模式时高，所以本系统以系统传输效率为参考依据，优先保障谐波能量通道工作时间，通过基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂的搭配使用，将系统输出功率分为0～P₂、P₂～P₃两个阶段；如果系统输出功率在0～P₂区间内，使基波双向开关S₁在周期T内始终处于关断状态，通过控制双向开关S₂在周期T内开通时间T₂和基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的比例，实现系统输出功率在0～P₂区间内连续可调；如果系统输出功率在P₂～P₃区间内，首先使双向开关S₂在周期T内始终处于开通状态，然后通过控制基波双向开关S₁在周期T内开通时间T₃的长短，实现系统输出功率在P₂～P₃区间内连续可调。

为了使本发明的目的、发明内容和有益效果更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：图1所示为本发明系统结构示意图，本发明系统包括直流电源、高频逆变单元、基波能量通路、谐波能量通路、整流滤波单元、负载、原边控制单元和副边控制单元。

所述的直流电源U_in可由市电经整流滤波获得，也可直接使用直流电压进行供电。

所述的高频逆变单元可选择半桥、全桥或推挽式逆变电路，本发明使用四只功率开关管G₁-G₄组成H桥高频逆变电路。基波能量通路与谐波能量通路并联连接在高频逆变单元的输出端。

所述的基波能量通路组成包括：基波原边补偿电感L_a1和基波原边补偿电容C_P1，其中基波原边补偿电容C_P1与基波能量发射线圈电感L_P1并联后再与基波原边补偿电感L_a1串联，构成LCL谐振补偿网络，其中L_a1、C_P1和L_P1满足式(1)关系，以保证基波能量发射线圈电感上恒流。基波能量拾取线圈电感L_S1串联基波副边补偿电容C_S1后再串联一个基波双向开关组成串联补偿结构，其基波副边补偿电容C_S1与基波能量拾取线圈电感L_S1满足式(2)关系。基波能量发射线圈电感与基波能量拾取线圈电感采用松耦合磁路结构实现物理隔离。

$L_{a1}=L_{P1}=\frac{1}{{\mathrm{\&omega;}}^2{C}_{P1}}---\left(1\right)$

$L_{S1}=\frac{1}{{\mathrm{\&omega;}}^2{C}_{S1}}---\left(2\right)$

其中ω是系统高频逆变电路输出方波频率。

所述的谐波能量通路在本文中以三次谐波为例，其结构组成包括：谐波原边补偿电感L_a2和谐波原边补偿电容C_P2，其中谐波原边补偿电容C_P2与谐波能量发射线圈电感L_P2并联后再与基波原边补偿电感L_a2串联，构成LCL谐振补偿网络，其中L_a2、C_P2和L_P2满足式(3)关系，以保证谐波能量发射线圈电感上恒流。谐波能量拾取线圈电感L_S2串联谐波副边补偿电容C_S2后再串联一个基波双向开关组成串联补偿结构，其谐波副边补偿电容C_S2与谐波能量拾取线圈电感L_S2满足式(4)关系。谐波能量发射线圈电感与谐波能量拾取线圈电感采用松耦合磁路结构实现物理隔离。

$L_{a2}=L_{P2}=\frac{1}{{\left(3\mathrm{\&omega;}\right)}^2{C}_{P2}}---\left(3\right)$

$L_{S2}=\frac{1}{{\left(3\mathrm{\&omega;}\right)}^2{C}_{S2}}---\left(4\right)$

所述的整流滤波单元由基波整流滤波电路和谐波整流滤波电路构成，具体包括：快恢复二极管D₁₁-D₁₄组成基波全桥整流电路后加滤波电容C₁滤波，组成基波整流滤波电路；快恢复二极管D₂₁-D₂₄组成的谐波全桥整流电路后加滤波电容C₂滤波，组成谐波整流滤波电路；最后，基波整流滤波电路和谐波整流滤波电路串联组成整流滤波单元。

所述的原边控制单元由原边控制器和驱动电路构成，其中原边控制器选用DSP；驱动电路由光耦隔离和功率放大两部分电路构成。

所述的副边控制单元由功率检测电路、副边控制器和驱动电路构成，其中副边控制器选用DSP；功率检测电路与系统输出端相连，可检测系统负载所需的输出功率；驱动电路由光耦隔离和功率放大两部分电路构成。

参见图1，根据电路知识，可得基波能量通路中参数有如下关系：

$u_o=\underset{n=1,3,5,...}{\overset{\mathrm{\&infin;}}{\&Sigma;}}\frac{4U_{in}}{n\mathrm{\&pi;}}\sin n\mathrm{\&omega;}t---\left(5\right)$

$U_1=\frac{2\sqrt{2}{U}_{in}}{\mathrm{\&pi;}}---\left(6\right)$

$I_{P1}=\frac{U_1}{{\mathrm{\&omega;L}}_{a1}}---\left(7\right)$

U_S1＝ωMI_P1(8)

U_O1＝1.2U_S1(9)

其中，u₀为逆变输出方波电压，U_in为直流电压，U₁为基波能量通路逆变输出基波电压有效值，I_P1为基波能量通路基波能量发射线圈电感上电流有效值，U_S1为基波能量通路开路电压有效值，U_O1为基波能量通路整流滤波后电压。

由式(5)可知，在u₀的所有谐波中，三次谐波的电压最高，能量最大，所以本发明以三次谐波设计谐波能量通路各项参数。根据电路相关知识，可得图1中谐波能量通路中参数关系：

$U_2=\frac{2\sqrt{2}{U}_{in}}{3\mathrm{\&pi;}}---\left(10\right)$

$I_{P2}=\frac{U_2}{3{\mathrm{\&omega;L}}_{a2}}---\left(11\right)$

U_S2＝3ωMI_P2(12)

U_O2＝1.2U_S2(13)其中，U₂为谐波能量通路逆变输出基波电压有效值，I_P2为谐波能量通路谐波能量发射线圈电感上电流有效值，U_S2为谐波能量通路开路电压有效值，U_O2为谐波能量通路整流滤波后电压。

通过控制基波双向开关S₁和谐波双向开关S₂的开通和关断，实现基波能量通路和谐波能量通路的接入和切出，从而达到控制系统输出功率的目的。

当基波双向开关S₁开通、谐波双向开关S₂断开时，无线电能传输系统中仅有基波能量通路工作，系统输出功率P₁为：

$P_1=\frac{{U_{O1}}^2}{R_L}---\left(14\right)$

当基波双向开关S₁断开、谐波双向开关S₂开通时，无线电能传输系统中仅有谐波能量通路工作，系统输出功率P₂为：

$P_2=\frac{{U_{O2}}^2}{R_L}---\left(15\right)$

当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时，无线电能传输系统中基波能量通路与谐波能量通路共同工作，系统输出功率P₃为：

$P_3=\frac{{(U_{O1}+U_{O2})}^2}{R_L}---\left(16\right)$

当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时，无线电能传输系统中无能量通路工作，系统输出功率为0。

根据负载所需系统输出功率要求的不同，通过控制基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂在周期T内，基波双向开关S₁单独开通时间T₁、谐波双向开关S₂单独开通时间T₂、基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时间T₃以及基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的长短，来控制系统输出功率P的大小，使系统输出功率宽范围内连续可调，以满足负载的功率需求。在系统输出功率P满足如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}P=(P_1{T}_1+P_2{T}_2+P_3{T}_3)/T\\ T_1+T_2+T_3+T_0=T\\ T_1,T_2,T_3,T_0\&Element;\&lsqb;0,T\&rsqb;\\ P_2<P_1<P_3\end{array}\right.---\left(17\right)$

鉴于谐波能量通道独立供电模式下的系统传输效率较基波通道能量独立供电模式时高，所以本系统以系统传输效率为参考依据，优先保障谐波能量通道工作时间，通过基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂的搭配使用，将系统输出功率分为0～P₂、P₂～P₃两个阶段；如果系统输出功率在0～P₂区间内，使基波双向开关S₁在周期T内始终处于关断状态，通过控制谐波双向开关S₂在周期T内开通时间T₂和基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的比例，从而实现系统输出功率在0～P₂区间内连续可调；如果系统输出功率在P₂～P₃区间内，首先使谐波双向开关S₂在周期T内始终处于开通状态，然后通过控制基波双向开关S₁在周期T内开通时间T₃的长短，从而实现系统输出功率在P₂～P₃区间内连续可调。

图2为本发明系统输出功率调节示意图，在周期T秒内，通过基波双向开关的S₁与谐波双向开关S₂的搭配使用，控制T₁、T₂、T₃、T₀的长短改变图中输出功率的大小，易知其同一周期内的等效输出功率得以改变，从而实现系统输出功率可调节。

图3为本发明系统输出功率仿真波形图，使用MATLAB仿真软件中的Simulink模块搭建如图1仿真图。鉴于单位时间内系统所做功视为输出功率，本实施例以周期为1秒为例，如图2控制基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂的开通与关断，得到本系统输出功率为在1秒内如图3所示波形与X轴所围成的面积，通过改变基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂的开通与关断组合形式及时间，可实现输出功率的可控调节。

Claims (8)

1.一种宽范围功率可调无线电能传输系统及其控制方法，其特征是：该无线电能传输系统包括：直流电源、高频逆变单元、基波能量通路、谐波能量通路、整流滤波单元、负载、原边控制单元和副边控制单元；直流电源为高频逆变单元供电，原边控制单元为高频逆变单元的控制器；高频逆变单元的输出端同时与基波能量通路的输入端和谐波能量通路的输入端连接，基波能量通路的输出端和谐波能量通路的输出端分别与二个整流滤波单元输入端连接，整流滤波单元的输出端与负载连接，负载的反馈信号与副边控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种宽范围功率可调无线电能传输系统，其特征是：所述的高频逆变单元选用全桥逆变电路，基波能量通路与谐波能量通路并联连接在高频逆变单元的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种宽范围功率可调无线电能传输系统，其特征是：所述的基波能量通路由基波能量发射线圈电感并联基波原边补偿电容后串联基波原边补偿电感组成LCL谐振补偿结构，基波能量拾取线圈电感串联基波副边补偿电容后再串联一个基波双向开关组成，基波能量发射线圈电感与基波能量拾取线圈电感采用松耦合磁路结构实现物理隔离；其中基波能量发射线圈电感与基波原边补偿电感的电感值相等，在系统基波工作角频率ω处，基波能量发射线圈电感与基波原边补偿电容满足谐振关系，基波能量拾取线圈电感与基波副边补偿电容满足谐振关系，保证基波能量发射线圈电感上恒流。

4.根据权利要求1所述的一种宽范围功率可调无线电能传输系统，其特征是：所述的谐波能量通路由谐波能量发射线圈电感并联谐波原边补偿电容后串联谐波原边补偿电感组成LCL谐振补偿结构，谐波能量拾取线圈电感串联谐波副边补偿电容后再串联一个谐波双向开关组成，谐波能量发射线圈电感与谐波能量拾取线圈电感采用松耦合磁路结构实现物理隔离；其中谐波能量发射线圈电感与谐波原边补偿电感的电感值相等，在系统n次谐波工作角频率nω处，n＝3,5,7,9,……，谐波能量发射线圈电感与谐波原边补偿电容满足谐振关系，谐波能量拾取线圈电感与谐波副边补偿电容满足谐振关系，保证谐波能量发射线圈电感上恒流。

5.根据权利要求1所述的一种宽范围功率可调无线电能传输系统，其特征是：所述的整流滤波单元包括二极管D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄组成不可控整流电路后并联滤波电容C₁形成基波整流滤波电路，连接在基波能量通路输出端；二极管D₂₁、D₂₂、D₂₃、D₂₄组成不可控整流电路后并联滤波电容C₂形成谐波整流滤波电路，连接在谐波能量通路输出端；然后，基波整流滤波电路与谐波整流滤波电路串联后组成整流滤波单元，为负载供电。

6.根据权利要求1所述的一种宽范围功率可调无线电能传输系统，其特征是：所述的原边控制单元由原边控制器DSP23和原边驱动电路组成；原边控制器DSP23的输出端与原边驱动电路的输入端连接，原边驱动电路的输出端对高频逆变单元实施控制。

7.根据权利要求1所述的一种宽范围功率可调无线电能传输系统，其特征是：所述的副边控制单元由功率检测电路、副边控制器DSP26和副边驱动电路组成；功率检测电路的输出端与副边控制器DSP26的输入端连接，副边控制器DSP26的输出端与副边驱动电路的输入端连接，副边驱动电路的输出端对基波双向开关与谐波双向开关实施控制。

8.权利要求1所述的一种宽范围功率可调无线电能传输系统的控制方法，其特征是：

(1)当基波双向开关S₁开通、谐波双向开关S₂断开时，无线电能传输系统工作于基波通道能量独立供电模式，系统输出功率为P₁；当基波双向开关S₁断开、谐波双向开关S₂开通时，无线电能传输系统工作于谐波能量通道独立供电模式，系统输出功率为P₂；当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时，无线电能传输系统工作于基波能量通道与谐波能量通道并行供电模式，系统输出功率为P₃；当基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时，无线电能传输系统中无能量通路工作，系统输出功率为0；

(2)根据负载所需系统输出功率要求的不同，通过控制基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂在周期T内，基波双向开关S₁单独开通时间T₁、谐波双向开关S₂单独开通时间T₂、基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时开通时间T₃以及基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的长短，来控制系统输出功率P＝(P₁*T₁+P₂*T₂+P₃*T₃+0*T₀)/T的大小，其中0≤T₀、T₁、T₂、T₃≤T，T₀+T₁+T₂+T₃＝T，且P₂<P₁<P₃，使系统输出功率0～P₃宽范围内连续可调，以满足负载的功率需求；

(3)鉴于谐波能量通道独立供电模式下的系统传输效率较基波通道能量独立供电模式时高，所以本系统以系统传输效率为参考依据，优先保障谐波能量通道工作时间，通过基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂的搭配使用，将系统输出功率分为0～P₂、P₂～P₃两个阶段；如果系统输出功率在0～P₂区间内，使基波双向开关S₁在周期T内始终处于关断状态，通过控制双向开关S₂在周期T内开通时间T₂和基波双向开关S₁与谐波双向开关S₂同时关断时间T₀的比例，实现系统输出功率在0～P₂区间内连续可调；如果系统输出功率在P₂～P₃区间内，首先使双向开关S₂在周期T内始终处于开通状态，然后通过控制基波双向开关S₁在周期T内开通时间T₃的长短，实现系统输出功率在P₂～P₃区间内连续可调。