一种带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输控制方法技术

本发明专利技术属于电学技术领域，涉及一种带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输控制方法，先根据负载选择控制方式和补偿结构，若负载需要恒压供电，则切换成第一副边补偿电容，即采用原边并联副边串联的补偿结构，选择恒压控制方法；若负载需要恒流供电，则切换成第二副边补偿电容，采用原边并联副边并联的补偿结构，选择恒流控制方法；若既不选择恒压供电，也不选择恒流供电，则装置待机，直至选择供电方式；整个装置通过变频+变占空比的控制方式稳定输出电压或输出电流，同时使主开关管和辅助开关管实现零电压开通，达到感应耦合电能传输调控的目的，稳定输出电压或输出电流，提高装置的可靠性，有利于应用推广。

【技术实现步骤摘要】
一种带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输控制方法
：本专利技术属于电学
，涉及一种带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输控制方法，采用辅助开关支路用于感应耦合电能的传输控制。
技术介绍
目前，感应耦合电能传输(InductivelyCoupledPowerTransfer，ICPT)装置的主电路拓扑大多采用全桥电压型逆变电路、半桥LLC电压型谐振逆变电路及LC谐振单管逆变双极性逆变电路；前两种电路拓扑存在着电路结构相对复杂，电源成本相对较高，桥臂上下开关管容易造成直通而烧坏等问题；后者是一种新型无线电能传输拓扑，具有电路简单、成本低、传输效率高、可实现零电压开通和零电压关断控制等优点，但也存在着一些缺点，当装置输入电压为220Vac/50Hz交流电时，其运行过程中开关管两端承受的电压高达1200V以上，致使开关管只能选用耐压较高的绝缘栅场效应晶体管(IGBT)，为了减小ICPT装置的体积和重量，国家标准规定开关频率需达到83kHz以上，而当IGBT的开关频率大于25kHz以后，其损耗会随着开关频率的增加而增大，制约了ICPT装置的体积和成本进一步降低，不利于这种新型ICPT装置拓扑的应用推广。所以，设计一种新型的适应电路控制方法很有应用开发价值。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，在现有ICPT装置用LC谐振单管逆变双极性逆变电路拓扑中增加一组下拉辅助开关支路，该支路中包含一个辅助开关管，主开关管和辅助开关管的开关频率相同，均可实现软开关控制，且两管之间无直通问题，提高了可靠性；在保持原有电路优点的情况下，使开关管两端承受的电压降低到原来的2/3，使装置可以采用金属氧化物晶体管(MOSFET)作为开关管，开关频率可达83kHz以上，同时因辅助开关管导通时间短、功耗低，为进一步减小ICPT装置的体积和重量，降低成本提供技术方案。为了实现上述目的，本专利技术采用带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输装置实现电能传输控制的方法，具体包括以下步骤：(1)、先根据负载选择控制方式和补偿结构，若负载需要恒压供电，则切换成第一副边补偿电容，即采用原边并联副边串联(PS)的补偿结构，选择恒压控制方法；若负载需要恒流供电，则切换成第二副边补偿电容，采用原边并联副边并联(PP)的补偿结构，选择恒流控制方法；若既不选择恒压供电，也不选择恒流供电，则装置待机，直至选择供电方式；(2)、若选择恒压供电，首先采用脉冲宽度调制(PWM)软启动，给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电压达到设定电压，当装置输出电压不稳定时，通过脉冲频率调制(PFM)控制稳定输出电压。采样电路把检测到的输出电压信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电压的不同变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路来调整装置的开关频率；若输出电压变大，第二单片机控制电路会通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电压减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电压；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现了零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电压，重复上述步骤；(3)、若选择恒流供电，首先采用PWM软启动，即给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电流达到设定电流；当装置的输出电流不稳定时，通过PFM控制稳定输出电流，采样电路把检测到的输出电流信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电流的变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路调整装置的开关频率；若输出电流变大，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电流减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电流；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现了零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电流，重复上述步骤；整个装置通过变频+变占空比的控制方式稳定输出电压或输出电流，同时使主开关管和辅助开关管实现零电压开通，达到感应耦合电能传输调控的目的。本专利技术所述带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输装置的主体结构包括第一整流桥、L1C1滤波电路、谐振耦合电路、主开关管、第一二极管、下拉辅助开关支路、第二整流桥、第二滤波电容、等效负载、原边控制电路和副边控制电路；220Vac经第一整流桥、L1C1滤波电路后转换成直流电压，主开关管、第一二极管和下拉辅助开关支路将直流电逆变成高频交流电，高频交流电施加在谐振耦合电路中原边电感的两端，谐振耦合电路中副边电感两端感应出电压，副边电感两端电压经第二整流桥、第二滤波电容后转换成直流电，为等效负载供电；第一整流桥将工频交流电进行整流；L1C1滤波电路由滤波电感和第一滤波电容串联组成，用于工频滤波；谐振耦合电路由原边补偿电容、原边屏蔽层、原边电感、副边电感、副边屏蔽层、第一副边补偿电容或第二副边补偿电容电连接组成，用于将能量从原边传递到副边，从而为负载供电，原边电感和副边电感之间的互感随原边电感和副边电感之间的传输距离而变化；原边屏蔽层和副边屏蔽层用于提高装置耦合系数和提高传输效率，减弱原边电感和副边电感对原、副边电路板的电磁干扰；第一副边补偿电容和第二副边补偿电容能够互相切换，若切换成第一副边补偿电容，则原边补偿电容和第一副边补偿电容组成原边并联副边串联(PS)补偿结构输出表现为恒压源，适用于需要恒压供电的设备，若切换成第二副边补偿电容，则原边补偿电容和第二副边补偿电容组成原边并联副边并联(PP)补偿结构输出表现为恒流源，适用于需要恒流供电的设备；主开关管、第一二极管和下拉辅助开关支路用于实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输控制方法，其特征在于：采用带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输装置实现，具体包括以下步骤：(1)、先根据负载选择控制方式和补偿结构，若负载需要恒压供电，则切换成第一副边补偿电容，即采用原边并联副边串联的补偿结构，选择恒压控制方法；若负载需要恒流供电，则切换成第二副边补偿电容，采用原边并联副边并联的补偿结构，选择恒流控制方法；若既不选择恒压供电，也不选择恒流供电，则装置待机，直至选择供电方式；(2)、若选择恒压供电，首先采用脉冲宽度调制软启动，给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电压达到设定电压，当装置输出电压不稳定时，通过脉冲频率调制控制稳定输出电压。采样电路把检测到的输出电压信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电压的不同变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路来调整装置的开关频率；若输出电压变大，第二单片机控制电路会通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电压减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电压；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现了零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电压，重复上述步骤；(3)、若选择恒流供电，首先采用PWM软启动，即给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电流达到设定电流；当装置的输出电流不稳定时，通过PFM控制稳定输出电流，采样电路把检测到的输出电流信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电流的变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路调整装置的开关频率；若输出电流变大，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电流减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电流；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现了零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电流，重复上述步骤；整个装置通过变频+变占空比的控制方式稳定输出电压或输出电流，同时使主开关管和辅助开关管实现零电压开通，达到感应耦合电能传输调控的目的。...

【技术特征摘要】
1.一种带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输控制方法，其特征在于：采用带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输装置实现，具体包括以下步骤：(1)、先根据负载选择控制方式和补偿结构，若负载需要恒压供电，则切换成第一副边补偿电容，即采用原边并联副边串联的补偿结构，选择恒压控制方法；若负载需要恒流供电，则切换成第二副边补偿电容，采用原边并联副边并联的补偿结构，选择恒流控制方法；若既不选择恒压供电，也不选择恒流供电，则装置待机，直至选择供电方式；(2)、若选择恒压供电，首先采用脉冲宽度调制软启动，给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电压达到设定电压，当装置输出电压不稳定时，通过脉冲频率调制控制稳定输出电压。采样电路把检测到的输出电压信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电压的不同变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路来调整装置的开关频率；若输出电压变大，第二单片机控制电路会通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电压减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电压；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现了零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电压，重复上述步骤；(3)、若选择恒流供电，首先采用PWM软启动，即给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电流达到设定电流；当装置的输出电流不稳定时，通过PFM控制稳定输出电流，采样电路把检测到的输出电流信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电流的变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路调整装置的开关频率；若输出电流变大，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电流减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电流；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现了零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电流，重复上述步骤；整个装置通过变频+变占空比的控制方式稳定输出电压或输出电流，同时使主开关管和辅助开关管实现零电压开通，达到感应耦合电能传输调控的目的。2.根据权利要求1所述带有下拉辅助开关的感应耦合电能传输控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春芳，魏芝浩，李震，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37