一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)及方法，包括交流輸入、全橋整流、LC濾波、電壓檢測、原邊補償電容Cp、原邊發(fā)射線圈Lp、副邊接收線圈Ls、副邊補償電容Cs、全橋整流、輸出濾波、電流檢測、單片機、驅(qū)動電路和開關(guān)管Q等。本發(fā)明采用單管零電壓開通、零電壓關(guān)斷逆變電路，其傳輸功率控制方式采用變頻+變占空比的方式，電路結(jié)構(gòu)新穎、簡單，功率大，相同功率下，成本低，具有非常廣的市場前景。
【專利說明】一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電學【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)及方法，具體地說，涉及一種單管零電壓開通、零電壓關(guān)斷無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電能需要由導(dǎo)線連接來實現(xiàn)能量傳輸。互感耦合式無線電能傳輸(IPT)技術(shù)是一種基于電磁感應(yīng)原理的能量傳輸技術(shù)，具體表現(xiàn)為可以實現(xiàn)供電電路和用電設(shè)備的非導(dǎo)線接觸傳輸。
[0003]目前，在200W以上的應(yīng)用場合中，IPT系統(tǒng)采用的拓撲主要是全橋逆變或者半橋逆變電路。用單管逆變電路進行無線電能傳輸?shù)墓β手挥袔淄?，一般用于為手機充電，未見大功率(1000W)的無線電能傳輸方案和應(yīng)用實例?，F(xiàn)有技術(shù)主要采用全橋逆變或者半橋逆變電路進行無線電能傳輸，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，成本高，不利于1000W以下領(lǐng)域(特別家電領(lǐng)域)的應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)及方法，采用新型單管零電壓開通、零電壓關(guān)斷逆變電路和特有的控制和穩(wěn)壓技術(shù)，具有電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本低，且采用零電壓開通、零電壓關(guān)斷，電路效率高，有利于家電等領(lǐng)域需要大量生產(chǎn)、成本低的場合。其技術(shù)方案為:
[0005]一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)，包括交流輸入電路、全橋整流電路、LC濾波電路、電壓檢測電路、原邊補償電容(；、原邊發(fā)射線圈1^、副邊接收線圈匕、副邊補償電容Cs、全橋整流電路、輸出濾波電路、 電流檢測電路、單片機控制電路、驅(qū)動電路和開關(guān)管Q。電感Li和電容Ci組成LC濾波電路，用于提高電路的功率因數(shù)；電阻R1和R2組成電壓檢測電路，用于檢測LC濾波后的電壓，判斷IPT系統(tǒng)的輸入電壓是否過壓或欠壓；原邊發(fā)射線圈Lp、原邊補償電容Cp、副邊接收線圈Ls及副邊補償電容Cs組成諧振耦合網(wǎng)絡(luò)，Cp對Lp進行諧振補償，Cs對Ls進行諧振補償；通過V。。檢測電路實現(xiàn)開關(guān)管Q的零電壓開通和零電壓關(guān)斷；單片機控制電路用于控制功率傳輸，并通過驅(qū)動電路，控制開關(guān)管Q。
[0006]220Vac經(jīng)全橋整流、LC濾波后轉(zhuǎn)換成峰值310V的電壓，單管逆變電路將該電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波電壓并施加到Lp的兩端，由Lp將能量傳遞給Ls，Ls兩端的電壓經(jīng)全橋整流和電容C。濾波后轉(zhuǎn)換成有效值為220V的電壓供負載使用。電壓檢測電路和電流檢測電路一起用于調(diào)控IPT系統(tǒng)的輸出功率。
[0007]—種無線電能傳輸功率控制方法，包括以下步驟:
[0008]電路上電，首先判斷是否有負載，若無負載則待機，若有負載則進入工作狀態(tài)；進入工作狀態(tài)后，檢測輸入電壓、輸入電流值判斷功率變化，若功率沒有發(fā)生變化，則直接檢測Vm耐壓值；若功率發(fā)生變化，則通過調(diào)整開關(guān)管工作頻率，來調(diào)整主電路增益，來穩(wěn)定輸出電壓，然后再進行檢測；進行L耐壓值檢測后，判斷Vra耐壓值是否等于0，若耐壓值不為O，沒有實現(xiàn)零電壓開通，則減小開關(guān)管占空比；若耐壓值為O，則保持開關(guān)管的工作頻率和占空比，向副邊傳遞能量。
[0009]本發(fā)明為保證實現(xiàn)零電壓開通，增加Vee檢測電路，當檢測到Vee下降到O與Vge變?yōu)楦唠娖街g的時間差減小到一定值時，降低驅(qū)動信號\e的占空比，以便能繼續(xù)增加開關(guān)管工作頻率fs。這樣通過變頻+變占空比的控制方式便可達到控制輸出電壓穩(wěn)定的目的。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]本發(fā)明采用單管逆變，電路結(jié)構(gòu)新穎、簡單，功率大，相同功率下，成本低，具有非常廣的市場前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)原理圖；
[0013]圖2是本發(fā)明無線電能傳輸功率控制方法流程圖；
[0014]圖3是本發(fā)明無線電能傳輸系統(tǒng)的主電路電壓增益圖；
[0015]圖4是本發(fā)明無線電能傳輸系統(tǒng)主電路的工作波形圖，Vge為驅(qū)動信號，Ice為開關(guān)管電流，Vce為開關(guān)管耐壓，為發(fā)射線圈Lp電流，為原邊補償電容Cp。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明。
[0017]參照圖1，一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)，包括原邊電路和副邊電路，主要由交流輸入電路、全橋整流電路、LC濾波電路、電壓檢測電路、原邊補償電容Cp、原邊發(fā)射線圈Lp、副邊接收線圈Ls、副邊補償電容Cs、全橋整流電路、輸出濾波電路、電流檢測電路、單片機控制電路、驅(qū)動電路和開關(guān)管Q組成，電感Li和電容Ci組成LC濾波電路，用于提高電路的功率因數(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)IPT系統(tǒng)里的鎖相環(huán)電路；電阻R1和R2組成電壓檢測電路，用于檢測LC濾波后的電壓，判斷IPT系統(tǒng)的輸入電壓是否過壓或欠壓；原邊發(fā)射線圈Lp、原邊補償電容Cp、副邊接收線圈Ls及副邊補償電容Cs組成諧振耦合網(wǎng)絡(luò)，Cp對Lp進行諧振補償，Cs對Ls進行諧振補償；通過Vm檢測電路實現(xiàn)開關(guān)管Q的零電壓開通和零電壓關(guān)斷；單片機控制電路用于控制功率傳輸，并通過驅(qū)動電路，控制開關(guān)管Q。
[0018]220Vac經(jīng)全橋整流、LC濾波后轉(zhuǎn)換成峰值310V的電壓，單管逆變電路將該電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波電壓并施加到Lp的兩端，由Lp將能量傳遞給Ls，Ls兩端的電壓經(jīng)全橋整流和電容C。濾波后轉(zhuǎn)換成有效值為220V的電壓供負載使用。電壓檢測電路和電流檢測電路一起用于調(diào)控IPT系統(tǒng)的輸出功率。
[0019]參照圖2，一種無線電能傳輸功率控制方法，包括以下步驟:
[0020]電路上電，首先判斷是否有負載，若無負載則待機，若有負載則進入工作狀態(tài)；進入工作狀態(tài)后，檢測輸入電壓、輸入電流值判斷功率變化，若功率沒有發(fā)生變化，則直接檢測Vm耐壓值；若功率發(fā)生變化，則通過調(diào)整開關(guān)管工作頻率，來調(diào)整主電路增益，來穩(wěn)定輸出電壓，然后再進行檢測；進行L耐壓值檢測后，判斷Vra耐壓值是否等于0，若耐壓值不為0，沒有實現(xiàn)零電壓開通，則減小開關(guān)管占空比；若耐壓值為0，則保持開關(guān)管的工作頻率和占空比，向副邊傳遞能量。
[0021]本發(fā)明為保證實現(xiàn)零電壓開通，增加Vee檢測電路，當檢測到Vee下降到O與Vge變?yōu)楦唠娖街g的時間差減小到一定值時，降低驅(qū)動信號\e的占空比，以便能繼續(xù)增加開關(guān)管工作頻率fs。這樣通過變頻+變占空比的控制方式便可達到控制輸出電壓穩(wěn)定的目的。
[0022]原、副邊諧振頻率設(shè)定
[0023]副邊諧振頻率的設(shè)定:為了使輸出功率最大，需要將副邊接收線圈Ls、副邊補償電容Cs的諧振頻率設(shè)置在開關(guān)管Q的開關(guān)頻率處，即開關(guān)頻率
【權(quán)利要求】
1.一種無線電能傳輸功率控制系統(tǒng)，其特征在于，包括交流輸入電路、全橋整流電路、LC濾波電路、電壓檢測電路、原邊補償電容Cp、原邊發(fā)射線圈Lp、副邊接收線圈Ls、副邊補償電容Cs、全橋整流電路、輸出濾波電路、電流檢測電路、單片機控制電路、驅(qū)動電路和開關(guān)管Q,電感Li和電容Ci組成LC濾波電路，用于提高電路的功率因數(shù)；電阻R1和R2組成電壓檢測電路，用于檢測LC濾波后的電壓，判斷IPT系統(tǒng)的輸入電壓是否過壓或欠壓；原邊發(fā)射線圈Lp、原邊補償電容Cp、副邊接收線圈Ls及副邊補償電容Cs組成諧振耦合網(wǎng)絡(luò)，Cp對Lp進行諧振補償，Cs對Ls進行諧振補償；通過V。。檢測電路實現(xiàn)開關(guān)管Q的零電壓開通和零電壓關(guān)斷；單片機控制電路用于控制功率傳輸，并通過驅(qū)動電路，控制開關(guān)管Q ； 220Vac經(jīng)全橋整流、LC濾波后轉(zhuǎn)換成峰值310V的電壓，單管逆變電路將該電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波電壓并施加到Lp的兩端，由Lp將能量傳遞給Ls，Ls兩端的電壓經(jīng)全橋整流和電容C0濾波后轉(zhuǎn)換成有效值為220V的電壓供負載使用，電壓檢測電路和電流檢測電路一起用于調(diào)控IPT系統(tǒng)的輸出功率。
2.一種無線電能傳輸功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 電路上電，首先判斷是否有負載，若無負載則待機，若有負載則進入工作狀態(tài)；進入工作狀態(tài)后，檢測輸入電壓、輸入電流值判斷功率變化，若功率沒有發(fā)生變化，則直接檢測Vm耐壓值；若功率發(fā)生變化，則通過調(diào)整開關(guān)管工作頻率，來調(diào)整主電路增益，來穩(wěn)定輸出電壓，然后再進行\(zhòng)e檢測；進行Vre耐壓值檢測后，判斷Vre耐壓值是否等于O，若耐壓值不為O，沒有實現(xiàn)零電壓開通，則減小開關(guān)管占空比；若耐壓值為O，則保持開關(guān)管的工作頻率和占空比，向副邊傳遞能量。
【文檔編號】H02J17/00GK103580301SQ201310520890
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】王春芳, 陳杰民, 馬超, 齊飛 申請人:青島大學