本發(fā)明涉及無線充電領(lǐng)域，特別是涉及一種無線充電系統(tǒng)輸出能量控制電路及控制方法。

背景技術(shù)：

目前，對于無線充電的能量控制而言，比較常見的一種控制方式是在原邊高頻交流變換器之前串聯(lián)dc/dc變換器，通過調(diào)整高頻逆變器的輸入電壓，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出功率。但是由于在原邊高頻交流變換器之前串聯(lián)dc/dc變換器，額外增加了系統(tǒng)中變換器的級數(shù)，導(dǎo)致電路中的無功功率增大，降低了整體系統(tǒng)可靠性。此外當(dāng)負(fù)載端出現(xiàn)短路或者開路時，電路中的器件會因過流或過壓而毀壞。現(xiàn)有技術(shù)中是在副邊增加短路保護(hù)電路或開路保護(hù)電路，此方法會增加電路的復(fù)雜度，降低整體系統(tǒng)的可靠性。

在實際應(yīng)用的過程中，由于無線充電系統(tǒng)的原、副邊無直接的線路連接，因而原、副邊控制器之間的通訊通常采用無線通訊的方式。無線通訊的方式不可避免地存在穩(wěn)定性差、傳輸速度慢等缺陷。且由于負(fù)載處于副邊，因而原邊串聯(lián)dc/dc變換器的控制方式需要與副邊進(jìn)行無線通訊才能進(jìn)行信息交流與反饋從而實現(xiàn)控制與調(diào)節(jié)，此通訊方法穩(wěn)定性差、響應(yīng)時間慢；此外，對于在副邊增加開路保護(hù)電路或是短路保護(hù)電路的方法，需要原邊控制器對信息進(jìn)行判斷并進(jìn)行控制才能實現(xiàn)開路保護(hù)或是短路保護(hù)，那么由于無線通訊的固有缺陷會導(dǎo)致實現(xiàn)開路保護(hù)或是短路保護(hù)所需的時間大大延長，進(jìn)一步降低了整體系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無線充電系統(tǒng)輸出能量控制電路及控制方法，在實現(xiàn)對副邊的輸出能量更好的控制以及對電路保護(hù)的同時提高系統(tǒng)的可靠性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種無線充電系統(tǒng)輸出能量控制電路，包括原邊電路、副邊電路、磁耦合器、負(fù)載；

所述原邊電路與所述副邊電路通過所述磁耦合器連接，所述副邊電路與所述負(fù)載連接；

所述原邊電路包括順次連接的交流電源、ac/dc整流變換器、高頻dc/ac逆變器以及原邊補(bǔ)償電路；

所述副邊電路包括順次連接的副邊補(bǔ)償電路、高頻ac/dc整流器；

所述高頻ac/dc整流器包括第一二極管、第二二極管、第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件；所述第一二極管的正極分別與所述副邊補(bǔ)償電路的第一連接端以及所述第一開關(guān)器件的一端連接，所述第一二極管的負(fù)極分別與所述第二二極管的負(fù)極以及負(fù)載的正極連接，所述第二二極管的正極分別與所述副邊補(bǔ)償電路的第二連接端以及第二開關(guān)器件的一端連接；所述第一開關(guān)器件的另一端分別與所述第二開關(guān)器件的另一端以及所述負(fù)載的負(fù)極連接。

可選的，所述交流電源的正極與所述ac/dc整流變換器的第一輸入端連接，所述ac/dc整流變換器的第一輸出端與所述高頻dc/ac逆變器的第一輸入端連接，所述高頻dc/ac逆變器的第一輸出端與所述原邊補(bǔ)償電路的第一輸入端連接，所述原邊補(bǔ)償電路的第一輸出端以及第二輸入端分別與所述磁耦合器連接，所述原邊補(bǔ)償電路的第二輸出端與所述高頻dc/ac逆變器的第二輸入端連接，所述高頻dc/ac逆變器的第二輸出端與所述ac/dc整流變換器的第二輸入端連接，所述ac/dc整流變換器的第二輸出端與所述交流電源的負(fù)極連接。

可選的，所述ac/dc整流變換器用于將所述交流電源提供的工頻交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g級直流電壓；所述高頻dc/ac逆變器用于將所述中間級直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電壓。

可選的，所述ac/dc整流變換器為全橋整流電路。

可選的，所述ac/dc整流變換器為半橋整流電路。

可選的，所述第一開關(guān)器件和所述第二開關(guān)器件為常閉型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件。

本發(fā)明還提供了一種無線充電系統(tǒng)輸出能量控制方法，所述控制方法應(yīng)用于上述的控制電路中，所述方法包括：

獲取負(fù)載所需的功率；

根據(jù)所述負(fù)載所需的功率計算第一開關(guān)器件的占空比以及第二開關(guān)器件的占空比；

根據(jù)所述第一開關(guān)器件的占空比控制所述第一開關(guān)器件的閉合，以及根據(jù)所述第二開關(guān)器件的占空比控制所述第二開關(guān)器件的閉合；

當(dāng)負(fù)載處于開路狀態(tài)時，控制第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件均閉合；

當(dāng)負(fù)載處于短路狀態(tài)時，控制第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件均斷開。

可選的，所述根據(jù)所述負(fù)載所需的功率計算第一開關(guān)器件的占空比以及第二開關(guān)器件的占空比，具體包括：

獲取所述負(fù)載所需的功率分別與所述第一開關(guān)器件的占空比以及所述第二開關(guān)器件的占空比的函數(shù)關(guān)系；

根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系計算所述第一開關(guān)器件的占空比以及所述第二開關(guān)器件的占空比。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明提供的電路采用第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件代替了原有的副邊高頻ac/dc整流器的兩個下橋臂，本發(fā)明在不額外增加電路中變換器的級數(shù)的情況下，通過對第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件的控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)對副邊的輸出能量更好的控制，實現(xiàn)對電路的短路或開路保護(hù)，且能夠提高系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的無線充電系統(tǒng)輸出能量控制電路的電路連接圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)一的電路圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)二的電路圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)三的電路圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)四的電路圖。

1-原邊電路、2-副邊電路、3-磁耦合器、4-負(fù)載、11-交流電源、12-ac/dc整流變換器、13-高頻dc/ac逆變器、14-原邊補(bǔ)償電路、21-副邊補(bǔ)償電路、22-高頻ac/dc整流器、221-第一二極管、222-第二二極管、223-第一開關(guān)器件、224-第二開關(guān)器件。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種無線充電系統(tǒng)輸出能量控制電路及控制方法，在實現(xiàn)對副邊的輸出能量更好的控制以及對電路保護(hù)的同時提高系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明電路包括原邊電路1、副邊電路2、磁耦合器3、負(fù)載4。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實施例提供的無線充電系統(tǒng)輸出能量控制電路的電路連接圖。如圖1所示，原邊電路1與副邊電路2通過磁耦合器3連接，副邊電路2與負(fù)載4連接。

所述原邊電路1包括順次連接的交流電源11、ac/dc整流變換器12、高頻dc/ac逆變器13以及原邊補(bǔ)償電路14。交流電源11為電路提供220v/50hz或220v/50hz的工頻交流電壓，ac/dc整流變換器12為全橋整流電路或半橋整流電路，主要是用于將所述交流電源11提供的工頻交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g級直流電壓；高頻dc/ac逆變器13用于將中間級直流電壓逆變?yōu)楦哳l交流電壓，以提高能量傳輸?shù)哪芰托?；原邊補(bǔ)償電路14可以有效地降低高頻dc/ac逆變器13的視在功率的等級要求以及回路中的無功功率。

所述交流電源11的正極與所述ac/dc整流變換器12的第一輸入端連接，所述ac/dc整流變換器12的第一輸出端與所述高頻dc/ac逆變器13的第一輸入端連接，所述高頻dc/ac逆變器13的第一輸出端與所述原邊補(bǔ)償電路14的第一輸入端連接，所述原邊補(bǔ)償電路14的第一輸出端以及第二輸入端分別與所述磁耦合器3連接，所述原邊補(bǔ)償電路14的第二輸出端與所述高頻dc/ac逆變器13的第二輸入端連接，所述高頻dc/ac逆變器13的第二輸出端與所述ac/dc整流變換器12的第二輸入端連接，所述ac/dc整流變換器12的第二輸出端與所述交流電源11的負(fù)極連接。

所述副邊電路2包括順次連接的副邊補(bǔ)償電路21、高頻ac/dc整流器22。副邊補(bǔ)償電路21同樣能夠降低回路中的無功功率，提高系統(tǒng)的可靠性；高頻ac/dc整流器22將副邊電路2感應(yīng)到的高頻交流轉(zhuǎn)化為直流，因為無線充電系統(tǒng)的負(fù)載4一般為直流的電池組，因此必須轉(zhuǎn)化為直流才能給負(fù)載4充電。

所述高頻ac/dc整流器22包括第一二極管221、第二二極管222、第一開關(guān)器件223和第二開關(guān)器件224；所述第一二極管221的正極分別與所述副邊補(bǔ)償電路21的第一連接端以及所述第一開關(guān)器件223的一端連接，所述第一二極管221的負(fù)極分別與所述第二二極管222的負(fù)極以及負(fù)載的正極連接，所述第二二極管222的正極分別與所述副邊補(bǔ)償電路21的第二連接端以及第二開關(guān)器件224的一端連接；所述第一開關(guān)器件223的另一端分別與所述第二開關(guān)器件224的另一端以及所述負(fù)載4的負(fù)極連接。所述第一開關(guān)器件223和所述第二開關(guān)器件224為常閉型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件。

圖2為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)一的電路圖。如圖2所示，第一開關(guān)器件223斷開，第二開關(guān)器件224開通，高頻ac/dc整流器22處于狀態(tài)一，此時第一二極管221導(dǎo)通，第二二極管222截止，電流從a點流入，b點流出，高頻ac/dc整流器22輸出的能量可以正常輸出到負(fù)載4。

圖3為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)二的電路圖。如圖3所示，第一開關(guān)器件223開通，第二開關(guān)器件224斷開，高頻ac/dc整流器22處于狀態(tài)二，此時第一二極管221截止，第二二極管222導(dǎo)通，電流從b點流入，a點流出，高頻ac/dc整流器22輸出的能量可以正常輸出到負(fù)載4。

圖4為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)三的電路圖，圖5為本發(fā)明實施例提供的高頻ac/dc整流器處于狀態(tài)四的電路圖。

如圖4所示，第一開關(guān)器件223以及第二開關(guān)器件224均開通，高頻ac/dc整流器22處于狀態(tài)三即短路狀態(tài)，副邊電路2的能量無法輸出到負(fù)載4。如圖5所示，第一開關(guān)器件223以及第二開關(guān)器件224均斷開，高頻ac/dc整流器22處于狀態(tài)四即開路狀態(tài)，副邊電路2的能量無法輸出到負(fù)載4。

對于高頻ac/dc整流器22處于狀態(tài)三以及狀態(tài)四的情況，本發(fā)明還提供了一種無線充電系統(tǒng)輸出能量控制方法，所述控制方法應(yīng)用于上述的控制電路中，所述方法包括：

獲取負(fù)載4所需的功率；

根據(jù)所述負(fù)載4所需的功率計算第一開關(guān)器件223的占空比以及第二開關(guān)器件224的占空比；

具體的，獲取所述負(fù)載4所需的功率分別與所述第一開關(guān)器件223的占空比以及所述第二開關(guān)器件224的占空比的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系計算所述第一開關(guān)器件223的占空比以及所述第二開關(guān)器件224的占空比。

根據(jù)所述第一開關(guān)器件223的占空比控制所述第一開關(guān)器件223的閉合，以及根據(jù)所述第二開關(guān)器件224的占空比控制所述第二開關(guān)器件224的閉合；

具體的，當(dāng)ac/dc整流器22處于狀態(tài)三時，調(diào)節(jié)第一開關(guān)器件223和第二開關(guān)器件224的閉合，可以調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)狀態(tài)一、狀態(tài)二以及狀態(tài)三所占的比例，可以調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)輸出的平均電流，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的輸出能量的控制。當(dāng)ac/dc整流器22處于狀態(tài)四時，調(diào)節(jié)第一開關(guān)器件223和第二開關(guān)器件224的閉合，可以調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)狀態(tài)一、狀態(tài)二以及狀態(tài)四所占的比例，可以調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)輸出的平均電流，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的輸出能量的控制。

此外，對于輸出呈電流源特性的電路，原邊電路1的輸入電流只與副邊電路2的輸出電壓有關(guān)，與原邊電路1的輸入電壓無關(guān)。當(dāng)負(fù)載4處于開路狀態(tài)時，由于副邊電路2的輸出電壓不為零，因此原邊電路1的輸入電流也不為零，即原邊電路1的能量會持續(xù)不斷地輸入到副邊電路2中，由于負(fù)載4處于開路狀態(tài)，副邊電路2接收到的能量無法輸出發(fā)到負(fù)載4，那么副邊電路2中的能量累積會導(dǎo)致電路中電壓不斷升高，從而導(dǎo)致器件因過壓而毀壞。遇到此種情況，只需控制第一開關(guān)器件223以及第二開關(guān)器件224均開通，使ac/dc整流器22處于短路狀態(tài)，此時，副邊電路2的輸出電壓為零，因此原邊電路1的輸入電流也為零，那么就不會有能量持續(xù)注入到系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)中的能量只是在線圈和補(bǔ)償電路中來回諧振，既沒有能量的注入，也沒有能量的輸出，因此這是一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。雖然此時的能量仍無法輸出到負(fù)載4，但是此時能量也不會不斷注入到副邊電路2中，因此不會造成器件因過壓而毀壞。

對于輸出呈電壓源特性的電路，原邊電路1的輸入電壓只與副邊電路2的輸出電流有關(guān)，與原邊電路1的輸入電流無關(guān)。當(dāng)負(fù)載4處于短路狀態(tài)時，由于副邊電路2的輸出電流不為零，因此原邊電路1的輸入電壓也不為零，即原邊電路1的能量會持續(xù)不斷地輸入到副邊電路2中，由于負(fù)載4處于短路狀態(tài)，副邊電路2接收到的能量無法輸出發(fā)到負(fù)載4，副邊電路2中的能量累積會導(dǎo)致電路中電流不斷升高，從而導(dǎo)致器件因過流而毀壞。遇到此種情況，只需控制第一開關(guān)器件223以及第二開關(guān)器件224均斷開，使ac/dc整流器22處于開路狀態(tài)，此時，副邊電路2的輸出電流為零，因此原邊電路1的輸入電壓也為零，那么就不會有能量持續(xù)注入到系統(tǒng)中。整個系統(tǒng)中的能量只是在線圈和補(bǔ)償電路中來回諧振，既沒有能量的注入，也沒有能量的輸出，因此這是一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。雖然此時能量仍舊無法輸出到負(fù)載4，但是此時能量也不會不斷注入到副邊電路2中，因此也不會造成器件因過流而毀壞。

本發(fā)明提供的電路采用第一開關(guān)器件223和第二開關(guān)器件224代替了原有的高頻ac/dc22整流器的兩個下橋臂，本發(fā)明在不額外增加電路中變換器的級數(shù)的情況下，通過對第一開關(guān)器件223和第二開關(guān)器件224的控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)對副邊的輸出能量更好的控制，實現(xiàn)對電路的短路或開路保護(hù)。并且本發(fā)明可以在原、副邊之間不進(jìn)行無線通訊的條件下，僅通過對第一開關(guān)器件223和第二開關(guān)器件224的控制，副邊電路就可以獨立地完成輸出能量控制的功能和電路保護(hù)的功能，解決了副邊輸出能量控制方案高度依賴原、副邊的無線通訊系統(tǒng)進(jìn)行信息交流與反饋后才能進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)的問題，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)可靠性，加快了響應(yīng)時間。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。