專利名稱：基于dsp鎖相技術(shù)的cpt諧振頻率裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振頻率裝置，具體涉及基于DSP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置。
背景技術(shù)：
基于磁場耦合的非接觸電能傳輸技術(shù)是將耦合器的原、副邊繞組分別繞在不同的鐵心上，實現(xiàn)了在電源和負(fù)載之間非機(jī)械連接的電磁能量傳遞，但是此技術(shù)的缺點之一在于對位移和頻率的穩(wěn)定性差，一旦出現(xiàn)失諧狀態(tài)，效率會急劇下降。針對非接觸電能傳輸領(lǐng)域中實現(xiàn)諧振狀態(tài)大多采用模擬鎖相實現(xiàn)頻率跟蹤，本專利利用數(shù)字信號處理器(DSP)通過軟件鎖相技術(shù)實現(xiàn)頻率跟蹤來達(dá)到諧振目的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供基于DSP鎖相技術(shù)的CPT(非接觸電能傳輸)諧振頻率裝置，利用DSP實現(xiàn)鎖相不僅可以簡化硬件電路、降低成本，還解決了模擬電路中器件的老化和溫漂等問題，提高了鎖相的精度和速度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下基于DSP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置，主要由電源單元，LC諧振耦合器和頻率跟蹤單元三部分組成，所述頻率跟蹤單元包括數(shù)字信號處理器DSP，DSP的PWM輸出端連接功率放大器，所述功率放大器還連接有LC諧振耦合器。所述DSP的捕獲單元CAPl獲取原邊回路中的電壓信號，捕獲單元CAP2獲取原邊回路中的電流信號。所述DSP 的型號為 TMS320F2812。所述LC諧振耦合器的原邊和副邊線圈的電感、電容對稱設(shè)置。所述DSP產(chǎn)生的PWM波通過二階濾波轉(zhuǎn)化為正弦波輸入到功率放大器，然后輸出一定功率的正弦信號給LC諧振耦合器，通過DSP產(chǎn)生的PWM波來控制功率放大器的信號輸
出頻率。本發(fā)明的有益效果是I.解決非接觸電能傳輸中對位移和頻率的穩(wěn)定性差，一旦出現(xiàn)失諧狀態(tài)，效率會急劇下降這一問題。2.采用基于數(shù)字信號處理器TMS320F2812的軟件鎖相技術(shù)實現(xiàn)非接觸電能系統(tǒng)諧振頻率的跟蹤方法。3.目前大多采用模擬鎖相技術(shù)實現(xiàn)非接觸電能傳輸?shù)念l率跟蹤，與傳統(tǒng)的模擬鎖相相比，利用DSP實現(xiàn)軟件鎖相不僅可以簡化硬件電路、降低成本，還解決了模擬電路中器件的老化和溫漂等問題，提高了鎖相的精度和速度，利用該方法鎖相具有精度高、穩(wěn)定、快速且簡單易于實現(xiàn)等優(yōu)點，能很好地實現(xiàn)對CPT系統(tǒng)諧振頻率的實時跟蹤，減少了無功損耗，保證系統(tǒng)電能的高效率傳輸。對非接觸電能傳輸技術(shù)的實際應(yīng)用具有重要的意義。


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，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述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)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的鎖相算法示意圖。
圖3是本發(fā)明的相位差捕獲原理示意圖
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明?；贒SP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置，主要由電源單元，LC諧振耦合器和頻率跟蹤單元三部分組成，所述頻率跟蹤單元包括數(shù)字信號處理器DSP，DSP的PWM輸出端連接功率放大器，所述功率放大器還連接有LC諧振耦合器。所述DSP的捕獲單元CAPl獲取原邊回路中的電壓信號，捕獲單元CAP2獲取原邊回路中的電流信號。所述DSP 的型號為 TMS320F2812。所述LC諧振耦合器的原邊和副邊線圈的電感、電容對稱設(shè)置。所述DSP產(chǎn)生的PWM波通過二階濾波轉(zhuǎn)化為正弦波輸入到功率放大器，然后輸出一定功率的正弦信號給LC諧振耦合器，通過DSP產(chǎn)生的PWM波來控制功率放大器的信號輸
出頻率。所述LC諧振耦合器，主要根據(jù)電磁感應(yīng)原理將電源產(chǎn)生的高頻能量從原邊線圈耦合到副邊線圈最終給負(fù)載供電。本文中采用原邊和副邊線圈的電感、電容對稱設(shè)置，以保證兩線圈同時發(fā)生諧振。LC諧振耦合器中兩線圈處于自諧振狀態(tài)，能夠保證回路中的無功功率最小，有助于電能的傳遞。為保證LC諧振耦合器始終處于諧振狀態(tài)，可以通過控制DSP輸出PWM波的頻率改變電源輸出信號頻率，以保證原邊回路中電壓與電流同相位，實現(xiàn)諧振頻率的跟蹤。本發(fā)明的工作原理通過DSP的捕獲單元對原邊回路中的電壓、電流進(jìn)行捕獲，計算出電壓、電流相位差，再利用軟件進(jìn)行鎖相，調(diào)整PWM波的輸出頻率，進(jìn)而改變電源輸出頻率，使原邊回路中的電壓、電流同相，最終實現(xiàn)耦合線圈諧振頻率的實時跟蹤。采用TI公司的TMS320F2812型DSP芯片實現(xiàn)軟件鎖相環(huán)的設(shè)計。主要利用芯片中事件管理器EVA的捕獲單元捕獲電壓、電流信號并進(jìn)行軟件鎖相，利用定時器單元輸出調(diào)整頻率的PWM波。捕獲單元CAPl和CAP2設(shè)置為上升沿觸發(fā)模式，設(shè)置通用定時器I為二者的時基。本文的CPT系統(tǒng)的自然諧振頻率設(shè)為20kHz，定時器I選用DSP的75MHz時鐘，并進(jìn)行8分頻，使得一個計數(shù)周期為O. 0107 μ S。利用定時器2進(jìn)行PWM波的輸出。通過改變PWM的頻率來改原邊回路中電壓、電流的相位差若原邊回路中電流超前電壓，回路中負(fù)載呈容性，電源輸出頻率低于諧振頻率，DSP應(yīng)加大輸出PWM的頻率；若電流滯后電壓，回路中負(fù)載呈感性，電源輸出頻率高于諧振頻率，應(yīng)減小輸出PWM的頻率。參照圖2，通過不斷調(diào)整PWM驅(qū)動頻率可以實現(xiàn)原邊回路中電壓、電流同相，SP實現(xiàn)諧振頻率的跟蹤。具體算法如圖2所示圖2中(a)表不回路中諧振狀態(tài)的信號，(b)表不DSP輸出PWM波的信號，(C)表示DSP檢測到電壓、電流相位差信號。
輸出PWM的周期與電路諧振周期同為Tl時，電壓、電流相位差為零。當(dāng)回路中的諧振周期由Tl變?yōu)門2時，DSP會檢測到相位差為T2-T1。于是在下個周期中DSP調(diào)整周期寄存器TPR的值，改變PWM輸出頻率。如果調(diào)整在一個周期內(nèi)完成，會導(dǎo)致電源輸出波形發(fā)生劇烈震蕩。所以選擇多個周期調(diào)節(jié)，例如選擇N個周期調(diào)節(jié)，每個周期的調(diào)整量為(T2-T1)/(N-I)。如圖2所示取N為5的情況，在第一個周期中檢測到相位差為T2-T1，需要到第二個周期進(jìn)行調(diào)節(jié)，使(b)的周期調(diào)整為Τ1+(Τ2-Τ1)/4，此時相位差變?yōu)?(Τ2-Τ1)/4，依此下去到第四個周期相位差變?yōu)?Τ2-Τ1)/4，到第五個周期時相位差為零，實現(xiàn)(b)的輸出頻率同(a)的諧振頻率相同。參照圖3所述，電壓、電流相位差捕獲原理電壓和電流信號經(jīng)過過零檢測電路變成方波信號分別接入DSP的兩個捕獲單元CAPU CAP2。CAPl在電壓信號的每個上升沿到來時，會將通用定時器I的計數(shù)值寫到存貯器FIFO堆棧中，然后在中斷程序中把計數(shù)器的值重新歸零，為下一周期計數(shù)做準(zhǔn)備。為了使第一個脈沖到來時就可以捕獲到，可先將FIFO值設(shè)為I。這樣捕獲到的計數(shù)器的值NI，通過T = N1*0. 0107 μ s可換算為電壓頻率的周期。另外CAP2捕獲到電流過零時，去讀取定時器I的計數(shù)值Ν2，可以通過ΔΡ= (Ν2/Τ)*2 π得到原邊回路中電壓和電流的相位差。如果這個值小于半個周期的計數(shù)值，則電流相位滯后電壓。反之，則電流相位超前電壓。DSP在進(jìn)行頻率跟蹤時，電壓、電流相位差會隨PWM波頻率改變而變化，所以捕獲到的相位差通過以上算法進(jìn)行PI動態(tài)調(diào)節(jié)后可實現(xiàn)頻率跟蹤。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.基于DSP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置，其特征在于，主要由電源單元，LC諧振耦合器和頻率跟蹤單元三部分組成，所述頻率跟蹤單元包括數(shù)字信號處理器DSP，DSP的PWM輸出端連接功率放大器，所述功率放大器還連接有LC諧振耦合器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置，其特征在于，所述DSP的捕獲單元CAPl獲取原邊回路中的電壓信號，捕獲單元CAP2獲取原邊回路中的電流信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置，其特征在于，所述DSP 的型號為 TMS320F2812。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置，其特征在于，所述LC諧振耦合器的原邊和副邊線圈的電感、電容對稱設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于DSP鎖相技術(shù)的CPT諧振頻率裝置，主要由電源單元，LC諧振耦合器和頻率跟蹤單元三部分組成，所述頻率跟蹤單元包括數(shù)字信號處理器DSP，DSP的PWM輸出端連接功率放大器，所述功率放大器還連接有LC諧振耦合器，所述LC諧振耦合器的原邊和副邊線圈的電感、電容對稱設(shè)置，所述DSP產(chǎn)生的PWM波通過二階濾波轉(zhuǎn)化為正弦波輸入到功率放大器，然后輸出一定功率的正弦信號給LC諧振耦合器，通過DSP產(chǎn)生的PWM波來控制功率放大器的信號輸出頻率，利用DSP實現(xiàn)鎖相不僅可以簡化硬件電路、降低成本，還解決了模擬電路中器件的老化和溫漂等問題，提高了鎖相的精度和速度。
文檔編號H03L7/06GK102647183SQ201210129488
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者代小磊, 呂占民, 孟祥成, 徐杰, 徐賀騰, 徐賀飛, 方群芳, 牛王強(qiáng), 譚淑云 申請人:上海海事大學(xué)