当前位置: 首页 > 专利查询>武汉大学专利>正文

一种无线充电双向能量传输的谐振补偿电路及方法技术

技术编号:15219529 阅读:198 留言:0更新日期:2017-04-26 18:21
本发明专利技术提供一种无线充电双向能量传输的谐振补偿电路及方法,双向谐振补偿方法包括原边向副边传输能量时的无功补偿和副边向原边传输能量的无功补偿;电路由原副边的电池、全桥电路、补偿网络和耦合线圈组成。本发明专利技术电路适用于无线充电电动汽车与电网之间的双向能量流动,电动汽车能够充当电网削峰填谷的能量调节装置,能够解决原副边谐振频率偏差导致的效率下降,结构紧凑简单。

Resonance compensation circuit and method for wireless charging bidirectional energy transmission

The invention provides a resonant compensation circuit and method of bidirectional energy transmission for wireless charging, bidirectional resonance compensation method includes the primary reactive power compensation to the transmission energy side when reactive power compensation and secondary to primary energy transmission; circuit consists of a battery, both sides of the full bridge circuit, compensation network and coupling coil composition. Bidirectional energy flow circuit of the invention is applicable to wireless charging of electric vehicles and power grid, electric vehicles can act as the DSM energy regulation device can solve the low efficiency, the resonant frequency deviation caused by the simple and compact structure.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种无功补偿方法,具体涉及一种无线充电双向能量传输的谐振补偿电路及方法。
技术介绍
随着社会的发展,消费类电子产品呈指数型增长,越来越多的设备应用于日常生活中,因此,这些电子产品的充电成为了一个很重要的问题。传统的有线连接十分的不方便,人们越来越渴望能够摆脱充电线的束缚。于是,无线充电技术走进了人们的世界,并由于其具有相当的新颖性、便捷性,获得了大量的关注,目前已经有很多产品得到应用,诸如三星的无线充电手机、宝马的无线充电汽车等等。无线充电技术发展迅速,但目前仍然存在一些问题需要解决,其中一个重要的问题就是效率的提升。《Maximumenergyefficiencytrackingforwirelesspowertransfersystems》一文指出,当原副边谐振频率相同,且系统工作在该频率时,无线电能传输效率是最高的。然而不幸的是,由于参数的测量误差、工作环境的影响以及补偿电容的有限性等不可避免的导致原副边谐振频率会出现偏差,并由此影响系统的传输效率。《CoilDesignandShieldingMethodsforaMagneticResonantWirelessPowerTransferSystem》这篇文章建议,在原边安装一个谐振匹配电容阵列,通过控制原边补偿电容的值实现调谐,然而这种方法需要大量的电容、开关和控制器,大大增加了系统的成本,也降低了系统的可靠性,而且这种方法不能用于双向能量传输的调谐。因此急需一种结构紧凑,且能在能量双向流动时均能有效调谐的方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足,提供一种无线充电双向能量传输的谐振补偿方法及电路,能够解决原副边谐振频率偏差导致的效率下降问题,本专利技术的电路结构紧凑。本专利技术是通过以下技术方案实现的:所述电路包括原副边的电池(Vin和Vo)、全桥电路(S1-S8)、补偿网络(Lp、Ls)和耦合线圈(Cp、Cs),双向谐振补偿方法包括原边向副边传输能量时的无功补偿和副边向原边传输能量的无功补偿,其中:所述电路具体包括原边电源Vin、原边控制器、副边控制器、八只功率MOSFETS1-S8、发射线圈Lp、原边补偿电容Cp、接收线圈Ls、副边补偿电容Cs、解耦电容Ci与Co和副边电池Vo,其中连接如下:原边控制器分别与功率MOSFETS1-S4相连;副边控制器分别与功率MOSFETS5-S8相连;第一只功率MOSFETS1的漏极、第三只功率MOSFETS3的漏极与直流电源Vin的正极、解耦电容Ci的正极相连,形成原边全桥的正极;第二只功率MOSFETS2的源极、第二只功率MOSFETS4的源极与直流电源Vin的负极、解耦电容Ci的负极相连,形成全桥的负极;第一只功率MOSFETS1的源极、第二只功率MOSFETS2的漏极与第一只补偿电容Cp的一端相连,第一只补偿电容Cp的另一端与第一只谐振线圈Lp相连;第三只功率MOSFETS3的源极、第四只功率MOSFETS4的漏极与第一只谐振线圈Lp的另一端相连;第五只功率MOSFETS5的源极、第6只功率MOSFETS6的漏极与第二只补偿电容Cs的一端相连,第二只补偿电容Cs的另一端与第二只谐振线圈Ls相连;第七只功率MOSFETS7的源极、第八只功率MOSFETS8的漏极与第二只谐振线圈Ls的另一端相连;第五只功率MOSFETS5的漏极、第七只功率MOSFETS7的漏极、第二只解耦电容Co的正极与电池Vo的正极相连;第六只功率MOSFETS6的源极、第八只功率MOSFETS8的源极、第二只解耦电容Co的负极与电池Vo的负极相连。方法如下:程序开始,给定能量传输方向。若从原边向副边传输能量,则无线充电系统工作在原边谐振频率;由于原副边的谐振频率可能不一致,因此需要检测原边电压电流是否同相,如果原边电压电流同相,则可知副边已经工作在谐振状态,程序结束;如果原边电压超前电流,则说明副边存在容性无功,全桥电路需要增加副边方波电压的相位,使整流桥后能够产生感性无功,补偿由于频率偏差产生的容性无功;如果原边电压不超前电流,则说明副边存在感性无功,全桥电路需要减小副边方波电压的学位,使整流桥后能够产生容性无功,补偿由于频率偏差产生的感性无功。若能量需要从副边传向原边,即电池向电网反馈能量,则无线充电系统需要工作在副边谐振频率;检测副边电压电流是否同相,如果副边电压电流同相,则可知原边已经工作在谐振状态,程序结束;如果副边电压超前电流,则说明原边存在容性无功,全桥电路需要增加原边方波电压的相位,使整流桥后能够产生感性无功,补偿由于频率偏差产生的容性无功;如果副边电压不超前电流,则说明原边存在感性无功,全桥电路需要减小原边方波电压的相位,使整流桥后能够产生容性无功,补偿由于频率偏差产生的感性无功。与现有技术相比,本专利技术具有如下的有益效果:1、本专利技术适用于无线充电电动汽车与电网之间的双向能量流动;2、现有大部分无线充电系统工作在副边谐振频率,本系统工作在原边谐振频率,利用副边的全桥移相控制能够产生感抗和容抗,补偿副边的无功,解决原副边谐振频率偏差导致的效率下降;3、本专利技术不需要电容阵列,且无功补偿是连续的;4、本专利技术系统结构紧凑,两边对称便于批量生产;5、本专利技术原副边移相控制方法相同,软件开发简单,所用DSP要求低,可节省成本。附图说明图1为本专利技术实施例的程序流程图。图2为本专利技术实施例的电路原理图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明,本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术提供一种无线充电双向能量传输的谐振补偿方法及其相应硬件电路,硬件电路包括原副边的电池、全桥电路、补偿网络和耦合线圈,双向谐振补偿方法包括原边向副边传输能量时的无功补偿和副边向原边传输能量的无功补偿,其中:硬件电路包括原边电源Vin、原边控制器、副边控制器、八只功率MOSFETS1-S8、发射线圈Lp、原边补偿电容Cp、接收线圈Ls、副边补偿电容Cs、解耦电容Ci与Co和副边电池Vo,其中硬件电路连接如下:第一只功率MOSFETS1的漏极、第三只功率MOSFETS3的漏极与直流电源Vin的正极、解耦电容Vi的正极相连,形成原边全桥的正极;第二只功率MOSFETS2的源极、第二只功率MOSFETS4的源极与直流电源Vin的负极、解耦电容Vi的负极相连,形成全桥的负极;第一只功率MOSFETS1的源极、第二只功率MOSFETS2的漏极与第一只补偿电容Cp的一端相连,第一只补偿电容Cp的另一端与第一只谐振线圈Lp相连;第三只功率MOSFETS3的源极、第四只功率MOSFETS4的漏极与第一只谐振线圈Lp的另一端相连;第五只功率MOSFETS5的源极、第6只功率MOSFETS6的漏极与第二只补偿电容Cs的一端相连,第二只补偿电容Cs的另一端与第二只谐振线圈Ls相连;第七只功率MOSFETS7的源极、第八只功率MOSFETS8的漏极与第二只谐振线圈Ls的另一端相连;第五只功率MOSFETS5的漏极、第七只功率MOSFETS7的漏极、第二只解耦电容Co的正极与电池Vo的正极相连;第六只功率MOSFETS6的源极、第八只功率MOSFETS8的源极、第二只解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线充电双向能量传输的谐振补偿电路,其特征在于:包括原边电源Vin、副边电池Vo,原边控制器、副边控制器,解耦电容Ci与Co,全桥电路,补偿网络,耦合线圈;所述全桥电路包括八只功率MOSFET S1‑S8、所述补偿网络包括发射线圈Lp、接收线圈Ls;所述耦合线圈包括原边补偿电容Cp、副边补偿电容Cs;原边控制器分别与功率MOSFET S1‑S4相连;副边控制器分别与功率MOSFET S5‑S8相连;第一只功率MOSFET S1的漏极、第三只功率MOSFET S3的漏极与直流电源Vin的正极、解耦电容Ci的正极相连,形成原边全桥的正极;第二只功率MOSFET S2的源极、第二只功率MOSFET S4的源极与直流电源Vin的负极、解耦电容Ci的负极相连,形成全桥的负极;第一只功率MOSFET S1的源极、第二只功率MOSFET S2的漏极与第一只补偿电容Cp的一端相连,第一只补偿电容Cp的另一端与第一只谐振线圈Lp的一端相连;第三只功率MOSFET S3的源极、第四只功率MOSFET S4的漏极与第一只谐振线圈Lp的另一端相连;第五只功率MOSFET S5的源极、第六只功率MOSFET S6的漏极与第二只补偿电容Cs的一端相连,第二只补偿电容Cs的另一端与第二只谐振线圈Ls的一端相连;第七只功率MOSFET S7的源极、第八只功率MOSFET S8的漏极与第二只谐振线圈Ls的另一端相连;第五只功率MOSFET S5的漏极、第七只功率MOSFET S7的漏极、第二只解耦电容Co的正极与电池Vo的正极相连;第六只功率MOSFET S6的源极、第八只功率MOSFET S8的源极、第二只解耦电容Co的负极与电池Vo的负极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种无线充电双向能量传输的谐振补偿电路,其特征在于:包括原边电源Vin、副边电池Vo,原边控制器、副边控制器,解耦电容Ci与Co,全桥电路,补偿网络,耦合线圈;所述全桥电路包括八只功率MOSFETS1-S8、所述补偿网络包括发射线圈Lp、接收线圈Ls;所述耦合线圈包括原边补偿电容Cp、副边补偿电容Cs;原边控制器分别与功率MOSFETS1-S4相连;副边控制器分别与功率MOSFETS5-S8相连;第一只功率MOSFETS1的漏极、第三只功率MOSFETS3的漏极与直流电源Vin的正极、解耦电容Ci的正极相连,形成原边全桥的正极;第二只功率MOSFETS2的源极、第二只功率MOSFETS4的源极与直流电源Vin的负极、解耦电容Ci的负极相连,形成全桥的负极;第一只功率MOSFETS1的源极、第二只功率MOSFETS2的漏极与第一只补偿电容Cp的一端相连,第一只补偿电容Cp的另一端与第一只谐振线圈Lp的一端相连;第三只功率MOSFETS3的源极、第四只功率MOSFETS4的漏极与第一只谐振线圈Lp的另一端相连;第五只功率MOSFETS5的源极、第六只功率MOSFETS6的漏极与第二只补偿电容Cs的一端相连,第二只补偿电容...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘晨蕾王佳丽
申请(专利权)人:武汉大学
类型:发明
国别省市:湖北;42

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1