一种推挽式ICPT自激起振控制电路及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种推挽式ICPT自激起振控制电路及其设计方法，推挽式ICPT包括逆变变换器和谐振网络，推挽式ICPT自激起振控制电路包括驱动控制电路和起振电路；驱动控制电路包括比较器U1、比较器U2、电源驱动芯片TPS2812、二极管D1和二极管D2；二、选择合适逆变变换器参数的元器件；三、选择合适驱动控制电路参数和合适起振电路参数的元器件；四、连接构成逆变变换器；五、连接构成谐振网络；六、连接构成驱动控制电路；七、连接构成起振电路。本发明专利技术电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够快速、有效地实现了自激驱动控制，实用性强，适用范围广，具有良好的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种推挽式ICPT自激起振控制电路及其设计方法
本专利技术属于自激式ICPT驱动控制
，具体涉及一种推挽式ICPT自激起振控制电路及其设计方法。
技术介绍
近年来，能源大数据技术、分布式协同控制、直流电网、电动汽车技术、储电技术、大功率电力电子器件等技术的迅猛发展标志着能源互联网革命的兴起。无线电能传输(WPT)作为能源互联网的重要组成技术，面向设备能量传输环节，解决了传统有线输电的磨损、漏电、火花放电等各种问题，增强了设备对复杂工况的适应能力。在工程应用中，感应耦合电能传输感应耦合电能传输(InductiveCoupledPowerTransfer，ICPT)系统的耦合距离、原副边线圈夹角及对心度、负载等参数经常发生变化。尤其当ICPT系统的原边采用并联补偿或一些复合补偿时，所选参数变化会使原边谐振网络固有频率发生漂移，从而使工作频率与谐振固有频率不一致，导致松耦合变压器传输效率下降，因而，谐振频率跟踪对于提高ICPT系统的效率、改善ICPT系统对复杂工况的适应能力具有重要意义。目前，对于ICPT控制系统谐振频率跟踪通常采用软件算法或者锁相环芯片硬件方式实现。第一种方法软件算法，通过采集谐振网络频率信号经过比较器处理后获得高低电平信号，然后在微处理器上用算法实现相位关系调节，最终得到与谐振频率相等的驱动信号。此方法程序设计比较复杂，而且谐振频率跟踪过程用时长。第二种方法采用硬件锁相环，首先通过电流互感器检测谐振回路的电流信号，电流信号转换为电压信号，电压信号再经过差分放大后得到电压VP,然后对VP进行相位补偿，并与参考电压比较，得到与谐振频率一致的脉冲电压信号,最后将脉冲信号输入到锁相环，锁相环输出一个与VC频率相同的的脉冲到PWM驱动器控制主电路的开关管的通断。硬件锁相环电路设计复杂，当锁相环的频率较高时，系统受温度影响较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电路结构简单、设计合理、实现方便且成本低、能够快速有效地频率跟踪、实用性强、适用范围广、具有良好的推广应用价值的推挽式ICPT自激起振控制电路。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种推挽式ICPT自激起振控制电路，所述推挽式ICPT包括逆变变换器和谐振网络，其特征在于：所述推挽式ICPT自激起振控制电路包括驱动控制电路和起振电路；所述逆变变换器包括MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2、电感L1、电感L2、电感L3、电阻R2和电阻R5，所述电感L2和电感L3串联后的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电感L2和电感L3串联后的另一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接，所述电感L1的一端与电感L2和电感L3的连接端连接，所述电感L1的另一端为逆变变换器的输入端Vi，所述电阻R5接在MOSFET开关管Q1的栅极与源极之间，所述电阻R2接在MOSFET开关管Q2的栅极与源极之间；所述谐振网络包括并联的电容C2和耦合变压器电感L4，所述电容C2和耦合变压器电感L4并联后的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电容C2和耦合变压器电感L4并联后的另一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接；所述驱动控制电路包括比较器U1、比较器U2、电源驱动芯片TPS2812、二极管D1和二极管D2，以及电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和电阻R20；所述电阻R9的一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接，所述电阻R14的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电阻R9的另一端通过电阻R8接地，所述电阻R14的另一端通过电阻R16接地，所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极均与电阻R9和电阻R8的连接端连接，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阳极均与电阻R14和电阻R16的连接端连接，所述电阻R10的一端和电阻R18的一端均与电阻R8和电阻R9的连接端连接，所述电阻R13的一端和电阻R17的一端均与电阻R14和电阻R16的连接端连接，所述比较器U1的反相输入端与电阻R10的另一端连接，所述比较器U1的同相输入端与电阻R13的另一端连接，所述比较器U2的反相输入端与电阻R17的另一端连接，所述比较器U2的同相输入端与电阻R18的另一端连接，所述电阻R7接在比较器U1的负电压供电VEE和反相输入端之间，所述电阻R20接在比较器U2的负电压供电VEE和反相输入端之间，所述电阻11接在比较器U1的正电压供电VCC和输出端之间，所述电阻19接在比较器U2的正电压供电VCC和输出端之间，所述电源驱动芯片TPS2812的第2引脚与比较器U2输出端连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第3引脚接地,所述电源驱动芯片TPS2812的第4引脚与比较器U1输出端连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第7引脚通过电阻R3与MOSFET开关管Q1的栅极连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第5引脚通过电阻R4与MOSFET开关管Q2的栅极连接；所述起振电路包括MOSFET开关管Q3、电阻R6、电阻12、电阻15、晶闸管Q4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，所述MOSFET开关管Q3的漏极与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述MOSFET开关管Q3的源极通过电阻R15接地，所述MOSFET开关管Q3的栅极与二极管D7的阴极连接，所述二极管D7的阳极通过电阻R6与外部电源的输出端VCC连接，所述电阻R12接在MOSFET开关管Q3的栅极与源极之间，所述晶闸管Q4的阳极与二极管D7的阳极连接，所述晶闸管Q4的阴极接地，所述晶闸管Q4的门极与MOSFET开关管Q3的源极连接，所述二极管D3和二极管D4串联后的阳极与晶闸管Q4的阳极连接，所述二极管D3和二极管D4串联后的阴极与比较器U2的反相输入端连接，所述二极管D5和二极管D6串联后的阳极与晶闸管Q4的阳极连接，所述二极管D5和二极管D6串联后的阴极与比较器U1的反相输入端连接。上述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2和MOSFET开关管Q3的型号均为IRF640。上述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述晶闸管Q4的型号为MCR100-6。上述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述比较器U1和比较器U2分别为比较器芯片LM319内部的两个比较器。上述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7的型号均为1N4148。本专利技术还提供了一种方法步骤简单、实现方便、实用性强的推挽式ICPT自激起振控制电路的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、选择合适谐振电路参数的电容C2和耦合变压器电感L4,具体过程为：步骤101、根据9nF≤C2≤100nF选取电容C2的容值；步骤102、根据公式计算电感量LP，并选取耦合线圈的电感量为LP的耦合变压器电感作为耦合变压器电感L4；其中，fo为谐振电路的工作频率；步骤二、选择合适逆变变换器参数的MOSF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种推挽式ICPT自激起振控制电路，所述推挽式ICPT包括逆变变换器(2)和谐振网络(3)，其特征在于：所述推挽式ICPT自激起振控制电路包括驱动控制电路(1)和起振电路(4)；所述逆变变换器(2)包括MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2、电感L1、电感L2、电感L3、电阻R2和电阻R5，所述电感L2和电感L3串联后的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电感L2和电感L3串联后的另一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接，所述电感L1的一端与电感L2和电感L3的连接端连接，所述电感L1的另一端为逆变变换器(2)的输入端Vi，所述电阻R5接在MOSFET开关管Q1的栅极与源极之间，所述电阻R2接在MOSFET开关管Q2的栅极与源极之间；所述谐振网络(3)包括并联的电容C2和耦合变压器电感L4，所述电容C2和耦合变压器电感L4并联后的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电容C2和耦合变压器电感L4并联后的另一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接；所述驱动控制电路(1)包括比较器U1、比较器U2、电源驱动芯片TPS2812、二极管D1和二极管D2，以及电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和电阻R20；所述电阻R9的一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接，所述电阻R14的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电阻R9的另一端通过电阻R8接地，所述电阻R14的另一端通过电阻R16接地，所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极均与电阻R9和电阻R8的连接端连接，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阳极均与电阻R14和电阻R16的连接端连接，所述电阻R10的一端和电阻R18的一端均与电阻R8和电阻R9的连接端连接，所述电阻R13的一端和电阻R17的一端均与电阻R14和电阻R16的连接端连接，所述比较器U1的反相输入端与电阻R10的另一端连接，所述比较器U1的同相输入端与电阻R13的另一端连接，所述比较器U2的反相输入端与电阻R17的另一端连接，所述比较器U2的同相输入端与电阻R18的另一端连接，所述电阻R7接在比较器U1的负电压供电VEE和反相输入端之间，所述电阻R20接在比较器U2的负电压供电VEE和反相输入端之间，所述电阻11接在比较器U1的正电压供电VCC和输出端之间，所述电阻19接在比较器U2的正电压供电VCC和输出端之间，所述电源驱动芯片TPS2812的第2引脚与比较器U2输出端连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第3引脚接地,所述电源驱动芯片TPS2812的第4引脚与比较器U1输出端连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第7引脚通过电阻R3与MOSFET开关管Q1的栅极连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第5引脚通过电阻R4与MOSFET开关管Q2的栅极连接；所述起振电路(4)包括MOSFET开关管Q3、电阻R6、电阻12、电阻15、晶闸管Q4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，所述MOSFET开关管Q3的漏极与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述MOSFET开关管Q3的源极通过电阻R15接地，所述MOSFET开关管Q3的栅极与二极管D7的阴极连接，所述二极管D7的阳极通过电阻R6与外部电源的输出端VCC连接，所述电阻R12接在MOSFET开关管Q3的栅极与源极之间，所述晶闸管Q4的阳极与二极管D7的阳极连接，所述晶闸管Q4的阴极接地，所述晶闸管Q4的门极与MOSFET开关管Q3的源极连接，所述二极管D3和二极管D4串联后的阳极与晶闸管Q4的阳极连接，所述二极管D3和二极管D4串联后的阴极与比较器U2的反相输入端连接，所述二极管D5和二极管D6串联后的阳极与晶闸管Q4的阳极连接，所述二极管D5和二极管D6串联后的阴极与比较器U1的反相输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种推挽式ICPT自激起振控制电路，所述推挽式ICPT包括逆变变换器(2)和谐振网络(3)，其特征在于：所述推挽式ICPT自激起振控制电路包括驱动控制电路(1)和起振电路(4)；所述逆变变换器(2)包括MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2、电感L1、电感L2、电感L3、电阻R2和电阻R5，所述电感L2和电感L3串联后的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电感L2和电感L3串联后的另一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接，所述电感L1的一端与电感L2和电感L3的连接端连接，所述电感L1的另一端为逆变变换器(2)的输入端Vi，所述电阻R5接在MOSFET开关管Q1的栅极与源极之间，所述电阻R2接在MOSFET开关管Q2的栅极与源极之间；所述谐振网络(3)包括并联的电容C2和耦合变压器电感L4，所述电容C2和耦合变压器电感L4并联后的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电容C2和耦合变压器电感L4并联后的另一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接；所述驱动控制电路(1)包括比较器U1、比较器U2、电源驱动芯片TPS2812、二极管D1和二极管D2，以及电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和电阻R20；所述电阻R9的一端与MOSFET开关管Q2的漏极连接，所述电阻R14的一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述电阻R9的另一端通过电阻R8接地，所述电阻R14的另一端通过电阻R16接地，所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极均与电阻R9和电阻R8的连接端连接，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阳极均与电阻R14和电阻R16的连接端连接，所述电阻R10的一端和电阻R18的一端均与电阻R8和电阻R9的连接端连接，所述电阻R13的一端和电阻R17的一端均与电阻R14和电阻R16的连接端连接，所述比较器U1的反相输入端与电阻R10的另一端连接，所述比较器U1的同相输入端与电阻R13的另一端连接，所述比较器U2的反相输入端与电阻R17的另一端连接，所述比较器U2的同相输入端与电阻R18的另一端连接，所述电阻R7接在比较器U1的负电压供电VEE和反相输入端之间，所述电阻R20接在比较器U2的负电压供电VEE和反相输入端之间，所述电阻11接在比较器U1的正电压供电VCC和输出端之间，所述电阻19接在比较器U2的正电压供电VCC和输出端之间，所述电源驱动芯片TPS2812的第2引脚与比较器U2输出端连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第3引脚接地,所述电源驱动芯片TPS2812的第4引脚与比较器U1输出端连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第7引脚通过电阻R3与MOSFET开关管Q1的栅极连接，所述电源驱动芯片TPS2812的第5引脚通过电阻R4与MOSFET开关管Q2的栅极连接；所述起振电路(4)包括MOSFET开关管Q3、电阻R6、电阻12、电阻15、晶闸管Q4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，所述MOSFET开关管Q3的漏极与MOSFET开关管Q1的漏极连接，所述MOSFET开关管Q3的源极通过电阻R15接地，所述MOSFET开关管Q3的栅极与二极管D7的阴极连接，所述二极管D7的阳极通过电阻R6与外部电源的输出端VCC连接，所述电阻R12接在MOSFET开关管Q3的栅极与源极之间，所述晶闸管Q4的阳极与二极管D7的阳极连接，所述晶闸管Q4的阴极接地，所述晶闸管Q4的门极与MOSFET开关管Q3的源极连接，所述二极管D3和二极管D4串联后的阳极与晶闸管Q4的阳极连接，所述二极管D3和二极管D4串联后的阴极与比较器U2的反相输入端连接，所述二极管D5和二极管D6串联后的阳极与晶闸管Q4的阳极连接，所述二极管D5和二极管D6串联后的阴极与比较器U1的反相输入端连接。2.按照权利要求1所述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2和MOSFET开关管Q3的型号均为IRF640。3.按照权利要求1所述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述晶闸管Q4的型号为MCR100-6。4.按照权利要求1所述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述比较器U1和比较器U2分别为比较器芯片LM319内部的两个比较器。5.按照权利要求1所述的一种推挽式ICPT自激起振控制电路，其特征在于：所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7的型号均为1N4148。6.一种设计如权利要求1所述电路的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、选择合适谐振电路(3)参数的电容C2和耦合变压器电感L4,具体过程为：步骤101、根据9nF≤C2≤100nF选取电容C2的容值；步骤102、根据公式计算电感量LP，并选取耦合线圈的电感量为LP的耦合变压器电感作为耦合变压器电感L4；其中，fo为谐振电路(3)的工作频率；步骤二、选择合适逆变变换器(2)参数的MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2、电感L1、电感L2、电感L3、电阻R2和电阻R5，具体过程为：步骤201、选取MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2的型号均为IRF640；步骤202、根据1mH≤L1≤15mH选取电感L1的感值；步骤203、根据1mH≤L2≤10mH选取电感L2的感值；步骤204、根据1mH≤L3≤10mH选取电感L3的感值；步骤205、根据5kΩ≤R2≤20kΩ选取电阻R2的阻值；步骤206、根据5kΩ≤R5≤20kΩ选取电阻R5的阻值；步骤三、选择合适驱动控制电路(1)参数的比较器U1、比较器U2、电源驱动芯片TPS2812、二极管D1和二极管D2，以及电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19和电阻R20；并选择合适起振电路(4)的MOSFET开关管Q3、电阻R6、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，吴浩，胡传义，严纪志，裴晋军，赵倩，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61