基于原边参数控制的LCL-S型恒流无线充电电源及充电方法技术

本发明专利技术公开了一种基于原边参数控制的LCL‑S型恒流无线充电电源及充电方法，该无线充电电源利用原边控制电路实时采集发射线圈中的谐振电流和谐振电压，并根据采集到的谐振电流和谐振电压结果控制逆变电路的工作状态从而控制供电电源加载于发射线圈上，从而利用电磁感应原理互感到接收线圈上，继而产生充电电流，实现了无需原副边实时无线通信，保证了无线充电电源工作的稳定性及可靠性，且结构简单。因三极管截止时电感电流不能突变，本发明专利技术在此用串联于漏极和源极之间的二极管进行续流，防止了高压击穿三极管，更进一步地保证了电源的可靠性及稳定性。

LCL-S Constant Current Wireless Charging Power Supply and Charging Method Based on Primary Edge Parameter Control

The invention discloses a LCL_S type constant current wireless charging power supply and charging method based on original side parameter control. The wireless charging power supply collects resonance current and resonance voltage in the transmitting coil in real time by the original side control circuit, and controls the working state of the inverting circuit according to the resonance current and resonance voltage collected, thereby controlling the power supply to be loaded on the transmitting coil. By using the principle of electromagnetic induction, the charging current is generated on the receiving coil, which realizes the real-time wireless communication without the primary and secondary sides, guarantees the stability and reliability of the wireless charging power supply, and has simple structure. Because the inductance current can not change abruptly when the transistor is cut off, the present invention uses a diode connected in series between the drain and the source to continue the current, prevents the high voltage breakdown of the transistor, and further ensures the reliability and stability of the power supply.

【技术实现步骤摘要】
基于原边参数控制的LCL-S型恒流无线充电电源及充电方法
本专利技术涉及一种无线充电电源和充电方法，尤其是涉及一种基于原边参数控制的LCL-S型恒流无线充电电源及充电方法。
技术介绍
无线充电技术源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式，其中小功率无线充电常采用电磁感应式，如对手机充电的Qi方式，但中兴的电动汽车无线充电方式采用的感应式。大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。无线充电的基本原理包括：1、电磁感应式：初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电解决方案就采用了电磁感应；2、磁场共振：由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量；无线电波式：主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压；此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的"蚊型"接收器。目前，无线充电电源的控制方式分为原边控制和副边控制，副边控制的缺陷在于需要使用dc-dc变换器，从而导致副边体积和成本的增加；原边控制又分为有通信式原边控制和无通信式原边控制。有通信式原边控制的缺陷在于需要实时的无线通信实现原副边信息交互，当无线通信受到干扰时，整个无线充电电源的稳定性与可靠性会出现异常。
技术实现思路
为了解决现有的无线充电电源所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种无需于原副边实时无线通信，结构简单的基于原边参数控制的LCL-S型恒流无线充电电源。该电源包括原边电路和副边电路，所述原边电路包括输入滤波电路、逆变电路、发射线圈和原边控制电路，供电电源加载于所述输入滤波电路的输入端经滤波后加载于所述逆变电路，所述逆变电路的控制端接所述原边控制电路的信号输出端，所述原边控制电路输出的信号控制所述逆变电路的导通、截止，所述逆变电路的一路输出通过电感L11和电阻R1连接至所述发射线圈的一端，所述逆变电路的另一端输出直接连接至所述发射线圈的另一端，所述电感L11与所述电阻R1相连接的一端与所述发射线圈的另一端之间串联电容C1，所述发射线圈的两端分别与所述原边控制电路的信号输入端连接；所述副边电路包括接收线圈和输出整流滤波电路，所述发射线圈中所产生的电流感应至所述接收线圈，所述接收线圈的一端输出经电阻R2和电容C2连接至所述输出整流滤波电路的一路输入，所述接收线圈的另一端直接连接至所述输出整流滤波电路的另一路输入，所述输出整流滤波电路的输出端作为整个电源的输出端用于接负载。进一步的，所述逆变电路包括三极管Q1～Q4，三极管Q1的漏极和三极管Q2的漏极接供电电源的正极，三极管Q1的源极和三极管Q4的漏极连接并通过电感L11和电阻R1连接至所述发射线圈的一端；三极管Q2的源极和三极管Q3的漏极连接并连接至所述发射线圈的另一端；所述三极管Q3的源极和所述三极管Q4的源极接供电电源的负极，所述三极管Q1的栅极、所述三极管Q2的栅极、所述三极管Q3的栅极和所述三极管Q4的栅极连接至所述原边控制电路的信号输出端，所述原边控制电路输出的信号控制所述三极管Q1、所述三极管Q2、所述三极管Q3和所述三极管Q4的导通、截止。进一步的，所述三极管Q1的漏极和源极之间、所述三极管Q2的漏极和源极之间、所述三极管Q3的漏极和源极之间和所述三极管Q4的漏极和源极之间分别串联有二极管QD1、QD2、QD3和QD4。本专利技术的另一个目的在于提供一种充电方法，该充电方法基于本专利技术所提供的无线充电电源实现，具体方法是将供电电源加载于输入滤波电路经滤波后加载逆变电路上，逆变电路对输入的电压进行逆变后一路通过电感L11和电阻R1加载于发射线圈的一端，另一端输出直接加载于发射线圈的另一端，原边控制电路实时对发射线圈的谐振电流I1和谐振电压Uc1之间的相位θ进行检测，并计算cosθ；根据cosθ计算出充电电流IO，利用PI算法将其与设定的充电电流IO_set进行处理使充电电流IO和设定的充电电流IO_set相等。进一步的，该方法通过过零检测法计算所述谐振电流I1和所述谐振电压Uc1之间的相位θ和cosθ。进一步的，所述过零检测法分两路信号处理，一路用于对所述谐振电流I1进行过零检测，另一路包括用于对所述谐振电压Uc1进行过零检测；用于对所述谐振电流I1进行过零检测的一路包括滤波、整形和正向鉴相，用于对所述谐振电压Uc1进行过零检测的一路包括过滤、整形和负向鉴相，所述正向鉴相的输出和所述负向鉴相的输出进行相加得到相位θ和cosθ。进一步的，所述充电电流IO通过以下表达式计算获得：式(1)中，Uc1_rms为谐振电压Uc1的有效值，cosθ表示接收线圈的谐振电流I1和所述谐振电压Uc1之间的相位θ的余弦值；ωM中ω为工作角频率，M为发射线圈和接收线圈的互感值。本专利技术的有益效果，本专利技术提供的无线充电电源利用原边控制电路实时采集发射线圈中的谐振电流和谐振电压，并根据采集到的谐振电流和谐振电压结果控制逆变电路的工作状态从而控制供电电源加载于发射线圈上，从而利用电磁感应原理互感到接收线圈上，继而产生充电电流，实现了无需原副边实时无线通信，保证了无线充电电源工作的稳定性及可靠性，且结构简单。因三极管截止时电感电流不能突变，本专利技术在此用串联于漏极和源极之间的二极管进行续流，防止了高压击穿三极管，更进一步地保证了电源的可靠性及稳定性。附图说明图1为本专利技术所提供的无线充电电源的电路原理图；图2为本专利技术所提供的无线充电电源的互感等效电路原理图；图3为本专利技术所记载的过零检测法的原理框图；图4为本专利技术所记载的过零检测法输出的波形图；图5为本专利技术所提供的无线充电电源的仿真图。具体实施方式为了更好地说明本专利技术所要求保护的技术方案，本专利技术在此结合附图和具体实施方式对本专利技术所要求保护的技术方案作进一步详细说明。本专利技术在此要求保护的技术方案是一种基于原边参数控制的LCL-S型恒流无线充电电源，该电源的电路原理图如图1所示，其包括了：原边电路，包括由电容Ci构成的输入滤波电路、逆变电路和发射线圈L1，供电电源加载于电容Ci的两端，经滤波后的供电电源加载于逆变电路，逆变电路的控制端接原边控制电路的信号输出端，原边控制电路输出的信号控制逆变电路的导通、截止，逆变电路的一路输出通过电感L11和电阻R1连接至发射线圈L1的一端，逆变电路的另一路输出直接连接至发射线圈L1的另一端，电感L11与电阻R1相连接的一端与发射线圈L1的另一端之间串联电容C1，构成原边LCL结构，发射线圈L1的两端分别与原边控制电路的信号输入端连接。副边电路，包括能够感应发射线圈L1的感应电流的接收线圈L2和输出整流滤波电路，发射线圈L1中所产生的电流感应至接收线圈L2，接收线圈L2的一端输出经电阻R2和电容C2连接至输出整流滤波电路的一路输入，接收线圈L2的另一端直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于原边参数控制的LCL‑S型恒流无线充电电源，其特征在于：该电源包括原边电路和副边电路，所述原边电路包括输入滤波电路、逆变电路、发射线圈和原边控制电路，供电电源加载于所述输入滤波电路的输入端经滤波后加载于所述逆变电路，所述逆变电路的控制端接所述原边控制电路的信号输出端，所述原边控制电路输出的信号控制所述逆变电路的导通、截止，所述逆变电路的一路输出通过电感L11和电阻R1连接至所述发射线圈的一端，所述逆变电路的另一端输出直接连接至所述发射线圈的另一端，所述电感L11与所述电阻R1相连接的一端与所述发射线圈的另一端之间串联电容C1，所述发射线圈的两端分别与所述原边控制电路的信号输入端连接；所述副边电路包括接收线圈和输出整流滤波电路，所述发射线圈中所产生的电流感应至所述接收线圈，所述接收线圈的一端输出经电阻R2和电容C2连接至所述输出整流滤波电路的一路输入，所述接收线圈的另一端直接连接至所述输出整流滤波电路的另一路输入，所述输出整流滤波电路的输出端作为整个电源的输出端用于接负载。

【技术特征摘要】
1.基于原边参数控制的LCL-S型恒流无线充电电源，其特征在于：该电源包括原边电路和副边电路，所述原边电路包括输入滤波电路、逆变电路、发射线圈和原边控制电路，供电电源加载于所述输入滤波电路的输入端经滤波后加载于所述逆变电路，所述逆变电路的控制端接所述原边控制电路的信号输出端，所述原边控制电路输出的信号控制所述逆变电路的导通、截止，所述逆变电路的一路输出通过电感L11和电阻R1连接至所述发射线圈的一端，所述逆变电路的另一端输出直接连接至所述发射线圈的另一端，所述电感L11与所述电阻R1相连接的一端与所述发射线圈的另一端之间串联电容C1，所述发射线圈的两端分别与所述原边控制电路的信号输入端连接；所述副边电路包括接收线圈和输出整流滤波电路，所述发射线圈中所产生的电流感应至所述接收线圈，所述接收线圈的一端输出经电阻R2和电容C2连接至所述输出整流滤波电路的一路输入，所述接收线圈的另一端直接连接至所述输出整流滤波电路的另一路输入，所述输出整流滤波电路的输出端作为整个电源的输出端用于接负载。2.根据权利要求1所述的基于原边参数控制的LCL-S型恒流无线充电电源，其特征在于：所述逆变电路包括三极管Q1～Q4，三极管Q1的漏极和三极管Q2的漏极接供电电源的正极，三极管Q1的源极和三极管Q4的漏极连接并通过电感L11和电阻R1连接至所述发射线圈的一端；三极管Q2的源极和三极管Q3的漏极连接并连接至所述发射线圈的另一端；所述三极管Q3的源极和所述三极管Q4的源极接供电电源的负极，所述三极管Q1的栅极、所述三极管Q2的栅极、所述三极管Q3的栅极和所述三极管Q4的栅极连接至所述原边控制电路的信号输出端，所述原边控制电路输出的信号控制所述三极管Q1、所述三极管Q2、所述三极管Q3和所述三极管Q4的导通、截止。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴慧理，叶美桃，
申请(专利权)人：山西交通职业技术学院，
类型：发明
国别省市：山西,14