基于无线电能传输系统的控制装置及无线电能传输系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于无线电能传输系统的控制装置及无线电能传输系统，该系统包括主电路和控制装置，控制装置包括：电流检测模块，控制模块，过零比较输出模块，方波信号产生模块，以及驱动信号产生模块，当发射端回路没有电流时，控制模块输出初始PWM信号和相应的控制信号，控制装置根据该初始PWM信号来控制开关管，使发射端回路中有电流，然后，控制装置停止响应该初始PWM信号，并在控制模块输出的对应的控制信号的作用下，方波信号产生模块根据过零比较输出模块的相应输出信号产生与电流同相位的方波信号，驱动信号产生模块根据方波信号产生开关管驱动信号，以对开关管进行控制。所以，该控制装置可靠性较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于无线电能传输系统的控制装置及无线电能传输系统，属于无线电能传输领域。
技术介绍
磁耦合谐振式无线电能传输技术是利用两个具有相同谐振频率的电磁系统，在相隔一定距离时，通过发射端与接收端线圈发生谐振进行能量传递的技术。如图1-a至1-d所示，根据谐振电容与谐振线圈的连接方式，无线电能传输的拓扑结构通常有4种：发射端串联谐振、接收端串联谐振(S/S)；发射端串联谐振、接收端并联谐振(S/P)；发射端并联谐振、接收端串联谐振(P/S)；发射端并联谐振、接收端并联谐振(P/P)。所以，通过上述可知，在进行无线电能传输时，发射端发出的电能为交流电，并且为通过桥式电路之后输出的电能，通过相应的控制使其符合无线传输的条件才能够进行传输。因此，发射端可以分为几种情况：直流电通过桥式逆变电路之后输出为可控交流电，能够进行无线电能传输；或者，交流电通过AC-AC电路或者AC-DC-AC电路之后输出为可控交流电，能够进行无线电能传输，或者其他更加复杂的结构。图2给出了一种实施方式，为S/S型拓扑，具体为直流输入+发射端桥式电路+串联谐振的拓扑结构，其中发射端桥式电路为全桥逆变电路，通过控制全桥逆变电路中开关管的开通与关断，使发射端线圈工作在其谐振频率附近，从而发射能量，接收端也有谐振频率与发射端相同的线圈来接收能量，从而实现能量的无线传输。通过控制A、B、C、D四个开关管(MOS管或者IGBT)开通与关断的驱动信号，来控制发射端功率电路进行功率输出，接收端接收相应的电能信号，实现电能的无线传输。但是，目前的用于控制这四个开关管的控制装置只能简单地实现通断控制，可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于无线电能传输系统的控制装置，用以解决现有的控制装置可靠性较低的问题。本专利技术同时提供一种无线电能传输系统。为实现上述目的，本专利技术的方案包括：一种基于无线电能传输系统的控制装置，包括：用于采集发射端回路电流的电流检测模块，用于输出控制信号和初始PWM信号的控制模块，过零比较输出模块，方波信号产生模块，以及驱动信号产生模块，所述电流检测模块输出连接所述控制模块和所述过零比较输出模块，所述控制模块和过零比较输出模块输出连接所述方波信号产生模块的相应的输入端，所述方波信号产生模块的输出端连接所述驱动信号产生模块的输入端；当发射端回路没有电流时，控制模块输出初始PWM信号和相应的控制信号，所述控制装置根据该初始PWM信号来控制开关管，使发射端回路中有电流，然后，控制装置停止响应该初始PWM信号，并在控制模块输出的对应的控制信号的作用下，方波信号产生模块根据过零比较输出模块的相应输出信号产生与电流同相位的方波信号，所述驱动信号产生模块根据所述方波信号产生开关管驱动信号，以对开关管进行控制。所述方波信号产生模块包括起振单元和锁相环单元，所述控制模块和过零比较输出模块输出连接所述起振单元的相应的输入端，所述起振单元的输出端连接所述锁相环单元的输入端，所述锁相环单元的输出端即为所述方波信号产生模块的输出端。所述起振单元包括光耦U8和四个与非门，所述光耦U8的原边的正极连接供电电源，所述光耦U8的原边的负极用于输入所述控制信号，供电电源通过光耦U8的副边接地，光耦U8副边的正极输出连接与非门U7B的两个输入端，与非门U7C的一个输入端连接所述光耦U8副边的正极，另一个输入端用于输入所述初始PWM信号，与非门U7B的输出端连接与非门U7A的一个输入端，与非门U7A的另一个输入端连接所述过零比较输出模块的输出端，与非门U7A的输出端与与非门U7C的输出端分别连接与非门U7D的两个输入端，所述与非门U7D的输出端为所述起振单元的输出端；当发射端回路中没有电流时，所述光耦U8的原边的负极输入的控制信号为高电平，与非门U7D的输出端输出与初始PWM信号一致的信号；当发射端回路中有电流时，所述光耦U8的原边的负极输入的控制信号为低电平，所述与非门U7C的另一个输入端输入的初始PWM信号丧失作用，与非门U7D的输出端输出与过零比较输出模块输出的信号一致的信号。所述锁相环单元包括芯片CD4046和芯片CD4040，所述起振单元的输出端连接所述芯片CD4046的14脚，芯片CD4046的4脚输出连接芯片CD4040的10脚，芯片CD4040的7脚为该锁相环单元的输出端，芯片CD4040的7脚连接芯片CD4046的3脚；所述芯片CD4046为锁相环集成芯片，所述芯片CD4040为12位二进制串行计数器。所述驱动信号产生模块包括用于产生驱动开关管A和开关管D的驱动信号的第一驱动单元和用于产生驱动开关管B和C的驱动信号的第二驱动单元。所述第一驱动单元和第二驱动单元的结构相同，所述第一驱动单元包括两个依次连接的CD4098芯片，锁相环单元的输出端连接第一CD4098芯片的输入端，第二CD4098芯片的输出端输出用于驱动开关管A和开关管D的驱动信号；其中，CD4098芯片为双路单稳态触发器。所述控制装置还包括跟踪放大模块，所述电流检测模块通过所述跟踪放大模块输出连接所述过零比较输出模块。一种无线电能传输系统，包括主电路和控制装置，所述主电路包括发射端的桥式电路，所述控制装置控制连接桥式电路上的开关管，所述控制装置包括：用于采集发射端回路电流的电流检测模块，用于输出控制信号和初始PWM信号的控制模块，过零比较输出模块，方波信号产生模块，以及驱动信号产生模块，所述电流检测模块输出连接所述控制模块和所述过零比较输出模块，所述控制模块和过零比较输出模块输出连接所述方波信号产生模块的相应的输入端，所述方波信号产生模块的输出端连接所述驱动信号产生模块的输入端；当发射端回路没有电流时，控制模块输出初始PWM信号和相应的控制信号，所述控制装置根据该初始PWM信号来控制开关管，使发射端回路中有电流，然后，控制装置停止响应该初始PWM信号，并在控制模块输出的对应的控制信号的作用下，方波信号产生模块根据过零比较输出模块的相应输出信号产生与电流同相位的方波信号，所述驱动信号产生模块根据所述方波信号产生开关管驱动信号，以对开关管进行控制。所述方波信号产生模块包括起振单元和锁相环单元，所述控制模块和过零比较输出模块输出连接所述起振单元的相应的输入端，所述起振单元的输出端连接所述锁相环单元的输入端，所述锁相环单元的输出端即为所述方波信号产生模块的输出端。所述起振单元包括光耦U8和四个与非门，所述光耦U8的原边的正极连接供电电源，所述光耦U8的原边的负极用于输入所述控制信号，供电电源通过光耦U8的副边接地，光耦U8副边的正极输出连接与非门U7B的两个输入端，与非门U7C的一个输入端连接所述光耦U8副边的正极，另一个输入端用于输入所述初始PWM信号，与非门U7B的输出端连接与非门U7A的一个输入端，与非门U7A的另一个输入端连接所述过零比较输出模块的输出端，与非门U7A的输出端与与非门U7C的输出端分别连接与非门U7D的两个输入端，所述与非门U7D的输出端为所述起振单元的输出端；当发射端回路中没有电流时，所述光耦U8的原边的负极输入的控制信号为高电平，与非门U7D的输出端输出与初始PWM信号一致的信号；当发射端回路中有电流时，所述光耦U8的原边的负极输入的控制信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线电能传输系统的控制装置，其特征在于，包括：用于采集发射端回路电流的电流检测模块，用于输出控制信号和初始PWM信号的控制模块，过零比较输出模块，方波信号产生模块，以及驱动信号产生模块，所述电流检测模块输出连接所述控制模块和所述过零比较输出模块，所述控制模块和过零比较输出模块输出连接所述方波信号产生模块的相应的输入端，所述方波信号产生模块的输出端连接所述驱动信号产生模块的输入端；当发射端回路没有电流时，控制模块输出初始PWM信号和相应的控制信号，所述控制装置根据该初始PWM信号来控制开关管，使发射端回路中有电流，然后，控制装置停止响应该初始PWM信号，并在控制模块输出的对应的控制信号的作用下，方波信号产生模块根据过零比较输出模块的相应输出信号产生与电流同相位的方波信号，所述驱动信号产生模块根据所述方波信号产生开关管驱动信号，以对开关管进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线电能传输系统的控制装置，其特征在于，包括：用于采集发射端回路电流的电流检测模块，用于输出控制信号和初始PWM信号的控制模块，过零比较输出模块，方波信号产生模块，以及驱动信号产生模块，所述电流检测模块输出连接所述控制模块和所述过零比较输出模块，所述控制模块和过零比较输出模块输出连接所述方波信号产生模块的相应的输入端，所述方波信号产生模块的输出端连接所述驱动信号产生模块的输入端；当发射端回路没有电流时，控制模块输出初始PWM信号和相应的控制信号，所述控制装置根据该初始PWM信号来控制开关管，使发射端回路中有电流，然后，控制装置停止响应该初始PWM信号，并在控制模块输出的对应的控制信号的作用下，方波信号产生模块根据过零比较输出模块的相应输出信号产生与电流同相位的方波信号，所述驱动信号产生模块根据所述方波信号产生开关管驱动信号，以对开关管进行控制。2.根据权利要求1所述的基于无线电能传输系统的控制装置，其特征在于，所述方波信号产生模块包括起振单元和锁相环单元，所述控制模块和过零比较输出模块输出连接所述起振单元的相应的输入端，所述起振单元的输出端连接所述锁相环单元的输入端，所述锁相环单元的输出端即为所述方波信号产生模块的输出端。3.根据权利要求2所述的基于无线电能传输系统的控制装置，其特征在于，所述起振单元包括光耦U8和四个与非门，所述光耦U8的原边的正极连接供电电源，所述光耦U8的原边的负极用于输入所述控制信号，供电电源通过光耦U8的副边接地，光耦U8副边的正极输出连接与非门U7B的两个输入端，与非门U7C的一个输入端连接所述光耦U8副边的正极，另一个输入端用于输入所述初始PWM信号，与非门U7B的输出端连接与非门U7A的一个输入端，与非门U7A的另一个输入端连接所述过零比较输出模块的输出端，与非门U7A的输出端与与非门U7C的输出端分别连接与非门U7D的两个输入端，所述与非门U7D的输出端为所述起振单元的输出端；当发射端回路中没有电流时，所述光耦U8的原边的负极输入的控制信号为高电平，与非门U7D的输出端输出与初始PWM信号一致的信号；当发射端回路中有电流时，所述光耦U8的原边的负极输入的控制信号为低电平，所述与非门U7C的另一个输入端输入的初始PWM信号丧失作用，与非门U7D的输出端输出与过零比较输出模块输出的信号一致的信号。4.根据权利要求2所述的基于无线电能传输系统的控制装置，其特征在于，所述锁相环单元包括芯片CD4046和芯片CD4040，所述起振单元的输出端连接所述芯片CD4046的14脚，芯片CD4046的4脚输出连接芯片CD4040的10脚，芯片CD4040的7脚为该锁相环单元的输出端，芯片CD4040的7脚连接芯片CD4046的3脚；所述芯片CD4046为锁相环集成芯片，所述芯片CD4040为12位二进制串行计数器。5.根据权利要求1所述的基于无线电能传输系统的控制装置，其特征在于，所述驱动信号产生模块包括用于产生驱动开关管A和开关管D的驱动信号的第一驱动单元和用于产生驱动开关管B和C...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓思维，黄栋杰，张滨，刘振威，范金焰，李红岩，曹亚，韩海伦，于朝辉，邓长吉，李彩生，陈天锦，
申请(专利权)人：许继电源有限公司，许继电气股份有限公司，许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41