一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源以及充电方法技术

一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源以及充电方法，该电源包括发射端与接收端；发射端包括依次连接的直流源，Buck变换器，全桥逆变器，以及发射线圈与串联S补偿电路，接收端包括接收线圈与并联P补偿电路，全桥整流滤波电路和负载，前述接收线圈与发射线圈耦合，将接收到的交变磁场转换为交变电流对负载进行充电。本发明专利技术具备系统抗干扰性强，接收端体积小和成本低等优点，特别适用于复杂电磁环境或者对接收端体积要求苛刻的无线充电场合。

A SP Compensation Constant Current Wireless Charging Power Supply Controlled by Buck at Transmitter and Its Charging Method

A SP compensated constant current wireless charging power supply controlled by Buck at transmitter and charging method include transmitter and receiver; transmitter includes successively connected DC source, Buck converter, full bridge inverter, and transmitting coil and series S compensation circuit; receiver includes receiving coil and parallel P compensation circuit, full bridge rectifier filter circuit and load. Coupled with the transmitting coil, the received alternating magnetic field is converted into alternating current to charge the load. The invention has the advantages of strong anti-interference of the system, small size of the receiving end and low cost, and is especially suitable for complex electromagnetic environment or wireless charging occasions where the volume of the receiving end is demanding.

【技术实现步骤摘要】
一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源以及充电方法
本专利技术涉及电源
，尤其涉及发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源以及充电方法。
技术介绍
无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，采用了最新的无线充电技术，通过使用线圈之间产生的交变磁场，传输电能，电感耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。从控制方式而言，无线充电电源可以分为发射端控制型与接收端控制型。1、发射端控制型主要包括：整流桥控制、逆变全桥移相控制、逆变全桥调频控制以及DC-DC调压控制。ICPT系统根据控制方法的不同，原边电路主要有两种结构：整流、DC-DC环节、全桥逆变三重变换的结构和整流、全桥逆变两重结构。整流桥控制：整流可以分为不控整流和可控整流两种方式。不控整流：不可控整流电路完全由不可控二极管组成，电路结构一定之后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。可控整流：输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节。DC-DC调压控制：原边电路中存在DC-DC环节，可以对这个环节调节进行控制，进而实现系统的输出功率控制。DC-DC环节可以用Buck或者Boost电路等，通过调节这些电路开关管驱动信号的占空比即可以实现对功率输出进行控制。在原边加入DC/DC环节调节系统输入直流电压的缺点：增加了主电路环节，从而既增加了系统成本，又降低了系统效率，并且通常所添加的DC/DC环节均工作在硬开关状态，又增大了系统的EMI值。逆变全桥移相控制：全桥逆变电路在两种结构中都必须存在，对原边全桥逆变器采用移相控制，通过调节移相角的大小来调节注入原边谐振网络的能量，从而调节系统的传输功率。缺点：移相控制方法会使得原边逆变器的开关管工作在硬开关模式，在传输功率较大时，这会增加系统的开关损耗及EMI值。逆变全桥调频控制：类似于原边失谐控制(在原边谐振回路接入开关电容或者相控电感，调整其等效电容值或电感值，使得系统处于调谐状态或者非调谐状态，从而调节系统的传输功率)，调频控制通过调整全桥逆变电路驱动信号的频率偏离系统谐振频率，实现原边输入功率控制，从而控制副边输出电流或者电压的恒定。2、接收端控制型主要包括：DC-DC调压控制、动态解谐控制以及短路解谐控制三种方式。DC-DC调压控制：副边电路中串联DC-DC环节，如可以在副边整流桥后面串联一个Buck或者Boost电路，其输入电流特性较好，可以进行功率因数校正，还可以进行短路解耦。Buck电路工作在高频的模式时，优点是控制简单，缺点是只能进行降压或者升压变换。工作在低频模式时，开关管开通时，整流桥后面相当于接了LC滤波给负载供电；当开关管闭合时，此时二极管起防止电流倒灌的功能，此时有两个回路，前面相当于短路解耦，由后面的电容维持供电给负载。优点是控制也简单，缺点是只能进行降压或者升压，并且最终的输出电压纹波较大，不适合控制精度需求高的系统。此外，使用DC-DC电路控制输出电压和电流时，还需要考虑开光管占空比问题，也即占空比过小，难以调节。动态调谐控制是在谐振电路中加入一个相控电感，通过移相控制调节电感电流，可以使副边处在调谐状态或者非调谐状态，达到控制输出功率的目的。这种方式的优点是可以使系统工作频率和固有谐振频率一致，动态性能很好。但是控制极其复杂，难以进行实际操作。短路解耦控制是通过给副边线圈并联开关模式控制器等方式，这种方式具有结构简单、控制直观等优点，但是这种方式下开关管不能实现软开关，因此过大的功率损耗使其不适合大功率ICPT的系统。对于上述两种类型而言，发射端控制型存在缺点为：基于无线通信方式，需要将接收端的充电电压信息实时的传输给发射端控制器，当无线通信受到干扰时，将会导致系统工作不稳定。同时，某些特殊场合(如水下)，现有无线通信方式均不可靠或不可用。接收端控制型存在缺点为：通过在接收端增加DC-DC变换器，能够直接在接收端对充电电压进行控制，无需无线通信。但是，DC-DC变换器的体积直接影响接收端的小型化设计。随着功率等级的提升，由于电感与电容的存在，DC-DC变换器的体积会急剧增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提出一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，无需在副边增加额外的DC-DC变换器以及无线通信，通过发射端电气参数估计充电电流值，然后采用PI算法控制原边Buck变换器，通过调节占空比间接实现充电电流恒定。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，该电源包括发射端与接收端；发射端包括依次连接的直流源，Buck变换器，全桥逆变器，以及发射线圈与串联S补偿电路，接收端包括接收线圈与并联P补偿电路，全桥整流滤波电路和负载，前述接收线圈与发射线圈耦合，将接收到的交变磁场转换为交变电流对负载进行充电。进一步地，所述的发射端中，直流源的两端并接Buck变换器，Buck变换器包括开关管QB1和QB2，续流电感LB以及滤波电容CB，所述的开关管QB1和QB2串联后与直流源并接，续流电感LB和滤波电容CB串接后与前述开关管QB2并接，直流源输出的直流电压Ubus通过Buck变换器进行调节后输入到全桥逆变器；所述的全桥逆变器包括开关管Q1-Q4，前述续流电感LB和滤波电容CB的连接点作为Buck变换器的输出，该点的输出电压经过全桥逆变器后形成用于无线充电电源使用的电压Us；所述的发射线圈与串联S补偿电路包括依次串联的电阻R1、发射线圈L1和电容C1，前述电阻R1和电容C1串接在发射线圈L1的两端，组成串联补偿电路，全桥逆变器的输出即开关管Q1、Q4的连接点以及开关管Q2、Q3的连接点分别连接串联补偿电路的两端。进一步地，所述的直流源由工频220Vac经过整流滤波电路得到或者市场成品直流电源。进一步地，所述的开关管Q1-Q4均采用MOSFET或者IGBT管。进一步地，所述用于无线充电电源使用的电压Us为高频交变电压，为20kHz或者85kHz。进一步地，负载采用锂离子电池组或铅酸电池。进一步地，所述的接收端中，接收线圈与并联P补偿电路包括接收线圈L2、电阻R2和电容C，前述电阻R2和电容C2串接后并接在接收线圈L2的两端，组成并联补偿电路；所述的全桥整流滤波电路包括二极管D1-D4，用于将前述交变电流转换为直流电，对负载充电。一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电方法，该方法包括以下步骤：S1、直流源输出直流电压Ubus通过Buck变换器进行调节，调节后的电压输入到全桥逆变器，经过全桥逆变器后形成用于无线充电电源使用的电压Us；其中，D为Buck变换器占空比，Ubus为直流源输出的直流电压；S2、前述电压Us经过串联S补偿电路，使得发射线圈L1具备与全桥逆变器相同的工作频率，发射线圈L1将全桥逆变器产生的交变电压转换为交变磁场发送到接收端；S3、在接收端，接收线圈与发射线圈耦合，将接收到的交变磁场转换为交变电流，通过并联P补偿电路，使得接收线圈L2具备与发射线圈L1发射的交变磁场相同的工作频率；之后通过全桥整流滤波电路将前述交变电流转换为直流电，对负载充电，充电电流Io满足下述表达式；SP:I1＝γIo其中，I1表示原边发射线圈电流，γ为常数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，其特征在于，该电源包括发射端与接收端；发射端包括依次连接的直流源，Buck变换器，全桥逆变器，以及发射线圈与串联S补偿电路，接收端包括接收线圈与并联P补偿电路，全桥整流滤波电路和负载，前述接收线圈与发射线圈耦合，将接收到的交变磁场转换为交变电流对负载进行充电。

【技术特征摘要】
1.一种发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，其特征在于，该电源包括发射端与接收端；发射端包括依次连接的直流源，Buck变换器，全桥逆变器，以及发射线圈与串联S补偿电路，接收端包括接收线圈与并联P补偿电路，全桥整流滤波电路和负载，前述接收线圈与发射线圈耦合，将接收到的交变磁场转换为交变电流对负载进行充电。2.根据权利要求1所述的发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，其特征在于，所述的发射端中，直流源的两端并接Buck变换器，Buck变换器包括开关管QB1和QB2，续流电感LB以及滤波电容CB，所述的开关管QB1和QB2串联后与直流源并接，续流电感LB和滤波电容CB串接后与前述开关管QB2并接，直流源输出的直流电压Ubus通过Buck变换器进行调节后输入到全桥逆变器；所述的全桥逆变器包括开关管Q1-Q4，前述续流电感LB和滤波电容CB的连接点作为Buck变换器的输出，该点的输出电压经过全桥逆变器后形成用于无线充电电源使用的电压Us；所述的发射线圈与串联S补偿电路包括依次串联的电阻R1、发射线圈L1和电容C1，前述电阻R1和电容C1串接在发射线圈L1的两端，组成串联补偿电路，全桥逆变器的输出即开关管Q1、Q4的连接点以及开关管Q2、Q3的连接点分别连接串联补偿电路的两端。3.根据权利要求2所述的发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，其特征在于，所述的直流源由工频220Vac经过整流滤波电路得到或者市场成品直流电源。4.根据权利要求2所述的发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，其特征在于，所述的开关管Q1-Q4均采用MOSFET或者IGBT管。5.根据权利要求2所述的发射端Buck控制的SP补偿型恒流无线充电电源，其特征在于，所述用于无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹华，高菊玲，周长娣，
申请(专利权)人：江苏农林职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32