本发明专利技术公开了一种基于低频PWM整流器及补偿电容的磁耦合谐振式无线充电装置，包括整流电路，滤波稳压电容，逆变功率开关，发射电路谐振电容，霍尔电流传感器，发射电路谐振线圈，接收电路谐振线圈，补偿电容，整流功率开关，谐振滤波电容，谐振滤波电感，负载电阻，高频逆变驱动电路，微处理器，模数转换器，霍尔电压传感器，信号检测调理电路，PWM整流器驱动电路；本发明专利技术不但实现了发射回路和接收回路的谐振，而且还能利用补偿电容调节充电装置直流电压输出范围，同时大大降低了功率开关器件的工作频率和损耗，扩展了系统工作频率区间，并且增加了谐振线圈的设计自由度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线充电
，尤其涉及一种磁耦合谐振式无线充电装置，具体地说是一种基于低频PWM整流器及补偿电容的无线充电装置。
技术介绍
相对于传统有线充电方式，无线充电方式具有使用安全方便、无火花及机械磨损等问题，并能够适应多种恶劣环境。无线充电方式主要依靠无线电能传输技术来实现，无线电能传输技术主要包括辐射式、电磁感应式和磁耦合谐振式三种方式，其中磁耦合谐振式无线电能传输技术因其传输距离、功率及效率等方面的综合优势获得了广泛的应用。磁耦合谐振式无线电能传输技术能在具有相同谐振频率的发射电路和接收电路之间实现高效的能量交换，调谐是磁耦合谐振式无线能量传输的关键。目前调谐技术主要分为调节系统工作频率和调节谐振网络元件两类。调节系统工作频率的调谐技术必须以发射电路和接收电路具有相同谐振频率为前提才能实现电能的有效传输，而调节谐振网络元件技术又分为调节电容阵列及调节相控电感两种方式，调节电容阵列方式存在控制量不连续的问题，调节相控电感则会引入较大的谐波。另一方面，充电装置通常用来对蓄电池组进行恒流或恒压充电，因此需要提供直流输出电压。由于接收电路接收到的是高频交流电能，所以需要进行整流再对蓄电池组供电。目前通常采用的整流方式是二极管桥式整流，但二极管桥式整流得到的直流输出电压会随着发射线圈与接收线圈间的互感及负载的变化而变化，所以往往利用DC/DC变换器进行调整，这就增加了电路的处理环节。可以利用一个PWM整流器来代替二极管桥式整流和DC/DC变换器，它可以实现接收电路的调谐控制及恒压输出，但这种方式的调谐及输出电压范围受电路参数的影响很大，在接收线圈自感较大时会导致系统无法调节至谐振稳态或目标输出电压。为了减小接收线圈的自感，可以重新设计和绕制接收线圈，但这样增加了工作量。此外，磁耦合谐振式无线充电装置中无线传输工作频率一般在几十kHz，如果采用普通的高载波比PWM整流器调制方式，那么功率开关的开关频率将会很高，所带来的开关损耗亦会很高，而且在较大功率输出时，一般功率开关器件很难满足要求。因此这里提出一种基于低频PWM整流器及补偿电容的无线充电装置，该装置发射电路采用调频谐振技术，接收电路采用低频PWM整流器及补偿电容相结合的谐振技术实现对直流输出电压和电流的控制，PWM整流器采用单个脉冲的调制方式以降低功率开关的开关频率，增大功率开关的负载能力，补偿电容用来部分补偿接收线圈的自感，方便实现接收电路的谐振稳态和调整输出电压目标值。目前这样的基于低频PWM整流器及补偿电容相结合的方式来同时实现接收电路谐振和输出电压目标值的大功率磁耦合谐振式无线充电装置未见有专利及文献报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：提供一种基于低频PWM整流器及补偿电容的磁耦合谐振式无线充电装置，利用单个脉冲的调制方式降低PWM整流器功率开关的开关频率并保持装置的恒压直流输出，利用补偿电容来部分补偿接收线圈的自感，同时实现接收电路的谐振和输出目标电压。本专利技术的技术方案：一种基于低频PWM整流器及补偿电容的磁耦合谐振式无线充电装置，它包括整流电路，第一滤波稳压电容，第一逆变功率开关，第二逆变功率开关，第三逆变功率开关，第四逆变功率开关，发射电路谐振电容，第一霍尔电流传感器，发射电路谐振线圈，接收电路谐振线圈，补偿电容，第二霍尔电流传感器，第一整流功率开关，第二整流功率开关，第三整流功率开关，第四整流功率开关，第二滤波稳压电容，第一谐振滤波电容，第一谐振滤波电感，第二谐振滤波电容，第二谐振滤波电感，负载电阻，高频逆变驱动电路，第一微处理器，第一模数转换器，第一霍尔电压传感器，第一信号检测调理电路，第二霍尔电压传感器，第二信号检测调理电路，PWM整流器驱动电路、第二微处理器，第二模数转换器和第三霍尔电压传感器；发射电路谐振线圈和接收电路谐振线圈相隔一定距离并同轴放置；整流电路的两个输入端子为该无线充电装置的交流电源输入端口，整流电路的两个输出端子和第一滤波稳压电容并联，第一逆变功率开关、第二逆变功率开关、第三逆变功率开关和第四逆变功率开关构成全桥逆变器，全桥逆变器的两个直流输入端子分别连接整流电路的两个输出端子，全桥逆变器的一个输出端子与发射电路谐振电容的一端相连接，发射电路谐振电容的另一端与发射电路谐振线圈的一端相连接，发射电路谐振线圈的另一端与第一霍尔电流传感器的一个输入端相连接，第一霍尔电流传感器的另一个输入端与全桥逆变器的另一个输出端子相连接，第一霍尔电压传感器的两个输入端子分别与全桥逆变器的两个输出端子相连接，第一信号检测调理电路将第一霍尔电压传感器和第一霍尔电流传感器的输出信号进行调理后送入第一模数转换器，第一微处理器接收来自第一模数转换器的数字信号并经计算后产生频率可调的全桥逆变器功率开关方波控制信号，该控制信号通过高频逆变驱动电路驱动全桥逆变器的功率开关；第一整流功率开关、第二整流功率开关、第三整流功率开关、第四整流功率开关和第二滤波稳压电容构成全桥PWM整流器，全桥PWM整流器交流侧的两个输入端子分别连接补偿电容的一端和第二霍尔电流传感器的一个输入端，补偿电容的另一端与接收电路谐振线圈的一端相连接，接收电路谐振线圈的另一端与第二霍尔电流传感器的另一输入端相连接，第二霍尔电压传感器的两个输入端子分别与接收电路谐振线圈的两个端子相连接，全桥PWM整流器直流侧的两个输出端子也就是该无线充电装置的直流输出端口的两个输出端子，其中一个输出端子分别连接第一谐振滤波电容的一端和第二谐振滤波电容的一端，另一个输出端子分别连接第一谐振滤波电感的一端和第二谐振滤波电感的一端，第一谐振滤波电容的另一端与第一谐振滤波电感的另一端相连接，第二谐振滤波电容的另一端与第二谐振滤波电感的另一端相连接，无线充电装置的直流输出端口的两个输出端子分别连接充电负载的两个端子，第三霍尔电压传感器的两个输入端子分别与无线充电装置的直流输出端口的两个输出端子相连接，第二信号检测调理电路将第二霍尔电压传感器、第三霍尔电压传感器和第二霍尔电流传感器的输出信号进行调理后送入第二模数转换器，第二微处理器接收来自第二模数转换器的数字信号并经计算后产生全桥PWM整流器功率开关控制信号，该控制信号通过PWM整流器驱动电路驱动全桥PWM整流器的功率开关。下面对本技术方案的原理做进一步说明。(1)发射电路调谐控制原理发射电路中全桥逆变器交流侧的电路为发射电路谐振电容和发射电路谐振线圈组成的串联电路，本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于低频PWM整流器及补偿电容的无线充电装置，包括整流电路(1)，第一滤波稳压电容(2)，第一逆变功率开关(3)，第二逆变功率开关(4)，第三逆变功率开关(5)，第四逆变功率开关(6)，发射电路谐振电容(7)，第一霍尔电流传感器(8)，发射电路谐振线圈(9)，接收电路谐振线圈(10)，补偿电容(11)，第二霍尔电流传感器(12)，第一整流功率开关(13)，第二整流功率开关(14)，第三整流功率开关(15)，第四整流功率开关(16)，第二滤波稳压电容(17)，第一谐振滤波电容(18)，第一谐振滤波电感(19)，第二谐振滤波电容(20)，第二谐振滤波电感(21)，负载电阻(22)，高频逆变驱动电路(23)，第一微处理器(24)，第一模数转换器(25)，第一霍尔电压传感器(26)，第一信号检测调理电路(27)，第二霍尔电压传感器(28)，第二信号检测调理电路(29)，PWM整流器驱动电路(30)、第二微处理器(31)，第二模数转换器(32)和第三霍尔电压传感器(33)，其特征在于发射电路谐振线圈(9)和接收电路谐振线圈(10)相隔一定距离并同轴放置，整流电路(1)的两个输入端子为该无线充电装置的交流电源输入端口，整流电路(1)的两个输出端子和第一滤波稳压电容(2)并联，第一逆变功率开关(3)、第二逆变功率开关(4)、第三逆变功率开关(5)和第四逆变功率开关(6)构成全桥逆变器，全桥逆变器的两个直流输入端子分别连接整流电路(1)的两个输出端子，全桥逆变器的一个输出端子与发射电路谐振电容(7)的一端相连接，发射电路谐振电容(7)的另一端与发射电路谐振线圈(9)的一端相连接，发射电路谐振线圈(9)的另一端与第一霍尔电流传感器(8)的一个输入端相连接，第一霍尔电流传感器(8)的另一个输入端与全桥逆变器的另一个输出端子相连接，第一霍尔电压传感器(26)的两个输入端子分别与全桥逆变器的两个输出端子相连接，第一信号检测调理电路(27)将第一霍尔电压传感器(26)和第一霍尔电流传感器(8)的输出信号进行调理后送入第一模数转换器(25)，第一微处理器(24)接收来自第一模数转换器(25)的数字信号并经计算后产生频率可调的全桥逆变器功率开关方波控制信号，该控制信号通过高频逆变驱动电路(23)驱动全桥逆变器的功率开关，第一整流功率开关(13)、第二整流功率开关(14)、第三整流功率开关(15)、第四整流功率开关(16)和第二滤波稳压电容(17)构成全桥PWM整流器，全桥PWM整流器交流侧的两个输入端子分别连接补偿电容(11)的一端和第二霍尔电流传感器(12)的一个输入端，补偿电容(11)的另一端与接收电路谐振线圈(10)的一端相连接，接收电路谐振线圈(10)的另一端与第二霍尔电流传感器(12)的另一输入端相连接，第二霍尔电压传感器(28)的两个输入端子分别与接收电路谐振线圈的两个端子相连接，全桥PWM整流器直流侧的两个输出端子也就是该无线充电装置的直流输出端口的两个输出端子，其中一个输出端子分别连接第一谐振滤波电容(18)的一端和第二谐振滤波电容(20)的一端，另一个输出端子分别连接第一谐振滤波电感(19)的一端和第二谐振滤波电感(21)的一端，第一谐振滤波电容(18)的另一端与第一谐振滤波电感(19)的另一端相连接，第二谐振滤波电容(20)的另一端与第二谐振滤波电感(21)的另一端相连接，无线充电装置的直流输出端口的两个输出端子分别连接充电负载(22)的两个端子，第三霍尔电压传感器(33)的两个输入端子分别与无线充电装置的直流输出端口的两个输出端子相连接，第二信号检测调理电路(29)将第二霍尔电压传感器(28)、第三霍尔电压传感器(33)和第二霍尔电流传感器(12)的输出信号进行调理后送入第二模数转换器(32)，第二微处理器(31)接收来自第二模数转换器(32)的数字信号并经计算后产生全桥PWM整流器功率开关控制信号，该控制信号通过PWM整流器驱动电路(30)驱动全桥PWM整流器的功率开关。...
【技术特征摘要】
1.基于低频PWM整流器及补偿电容的无线充电装置，包括整流电路(1)，
第一滤波稳压电容(2)，第一逆变功率开关(3)，第二逆变功率开关(4)，第三
逆变功率开关(5)，第四逆变功率开关(6)，发射电路谐振电容(7)，第一霍尔
电流传感器(8)，发射电路谐振线圈(9)，接收电路谐振线圈(10)，补偿电容
(11)，第二霍尔电流传感器(12)，第一整流功率开关(13)，第二整流功率开
关(14)，第三整流功率开关(15)，第四整流功率开关(16)，第二滤波稳压电
容(17)，第一谐振滤波电容(18)，第一谐振滤波电感(19)，第二谐振滤波电
容(20)，第二谐振滤波电感(21)，负载电阻(22)，高频逆变驱动电路(23)，
第一微处理器(24)，第一模数转换器(25)，第一霍尔电压传感器(26)，第一
信号检测调理电路(27)，第二霍尔电压传感器(28)，第二信号检测调理电路(29)，
PWM整流器驱动电路(30)、第二微处理器(31)，第二模数转换器(32)和第
三霍尔电压传感器(33)，其特征在于发射电路谐振线圈(9)和接收电路谐振线
圈(10)相隔一定距离并同轴放置，整流电路(1)的两个输入端子为该无线充
电装置的交流电源输入端口，整流电路(1)的两个输出端子和第一滤波稳压电
容(2)并联，第一逆变功率开关(3)、第二逆变功率开关(4)、第三逆变功率
开关(5)和第四逆变功率开关(6)构成全桥逆变器，全桥逆变器的两个直流输
入端子分别连接整流电路(1)的两个输出端子，全桥逆变器的一个输出端子与
发射电路谐振电容(7)的一端相连接，发射电路谐振电容(7)的另一端与发射
电路谐振线圈(9)的一端相连接，发射电路谐振线圈(9)的另一端与第一霍尔
电流传感器(8)的一个输入端相连接，第一霍尔电流传感器(8)的另一个输入
端与全桥逆变器的另一个输出端子相连接，第一霍尔电压传感器(26)的两个输
入端子分别与全桥逆变器的两个输出端子相连接，第一信号检测调理电路(27)
将第一霍尔电压传感器(26)和第一霍尔电流传感器(8)的输出信号进行调理
后送入第一模数转换器(25)，第一微处理器(24)接收来自第一模数转换器(25)
的数字信号并经计算后产生频率可调的全桥逆变器功率开关方波控制信号，该控
制信号通过高频逆变驱动电路(23)驱动全桥逆变器的功率开关，第一整流功率
开关(13)、第二整流功率开关(14)、第三整流功率开关(15)、第四整流功率
【专利技术属性】
技术研发人员：谢岳，王晓坤，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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