电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路，包括电流检测电路和电压检测电路，其中，电流检测电路包括：电流‑电压转换子电路、初级子电路和次级子电路，电压检测电路包括初级子电路和次级子电路。该电流与电压检测电路将强电电路中的电流和电压信号转化为隔离的弱电电压信号，提供用于相位检测的交流输出电压信号和用于幅值检测的直流输出电压信号，并且对于被测电流与电压中的高次谐波成分具备高效的抑制能力，用很容易获取的低成本元器件实现了电动汽车无线充电系统中高频电流与电压信号的检测，并且高效地消除了高次谐波对检测结果的影响，具有很高的创新性和实用性。

Fundamental Current and Voltage Detection Circuit for Wireless Charging System of Electric Vehicle

【技术实现步骤摘要】
电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路
本专利技术涉及高频检测
，特别涉及一种电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路。
技术介绍
清华大学承担了国家国际科技合作专项——基于中美合作的电动汽车前沿技术与应用联合研究和北京市自然科学基金资助项目——基于主动补偿的电动汽车磁谐振式无线充电系统生物安全性研究，在项目研究中发现在无线充电系统运行过程中，获取关键部位的电流和电压信号对于实时控制来说至关重要。根据SAE(SocietyofAutomotiveEngineers，美国汽车工程师学会)标准J2954的要求，电动汽车无线充电系统工作频率范围是81.38-90kHz。这一频率范围已经被世界各国研究人员广泛采用，并被证实适合电动汽车充电这一应用。在无线充电系统中，出于减小电磁干扰和提高系统安全性的考虑，所采用的电流和电压传感方案一般来说需要具备电气隔离功能。电流与电压检测电路的基本功能是将强电电路的电流和电压转化为隔离的弱电电压信号。常见的隔离式电流传感方案包括霍尔传感器、电流互感器和罗氏线圈等。由于电压型全桥逆变器的输出电压为方波，电动汽车无线充电系统中必然存在不可忽视的高次谐波电流和电压成分。而通常科研人员所关心的信息是高频电流和电压基波成分的幅值以及相位，并且他们希望尽可能消除高次谐波给测量带来的误差。相关技术中，一种方案是使用高采样率对传感器输出的交流电压信号进行采样，并将采样得到的信号进行处理，如傅里叶分析，很显然这种方案对采样电路和运算电路的要求较高。另一种方案则是增加额外的信号调理电路，通过比较器来得到被测电流与电压的相位，并将传感器输出的交流电压信号转换为直流电压信号以得到被测电流与电压的幅值，这种方案对于采样电路和运算电路的要求较低。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下问题的认识和发现做出的：针对电动汽车无线充电系统的两大特点：(1)工作频率范围相对较窄，(2)电流和电压含有明显的高次谐波成分，本专利技术提出的电流与电压检测电路使用较少的并且低成本的元器件，在SAEJ2954标准所给的81.38-90kHz频率范围内具备平稳的幅值响应曲线和高度线性的相位响应曲线，对于三次及以上的谐波电流和电压具备高效的抑制能力，即被测电流与电压中的高次谐波成分对于相位检测和幅值检测的影响可以忽略不计。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路，该检测电路高效地消除了高次谐波对检测结果的影响，具有很高的创新性和实用性。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了一种电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路，电流检测电路包括：电流-电压转换子电路、初级子电路和次级子电路，电压检测电路包括所述初级子电路和所述次级子电路，其中，所述电流-电压转换子电路包括初级绕组Lex和次级绕组Lint，所述初级绕组Lex和所述次级绕组Lint通过互感Mint产生联系，其中，所述初级绕组Lex接入强电电路并载有被测高频电流Iex，所述次级绕组Lint接入初级子电路，在预设情况下，所述初级绕组Lex由无线充电系统中的补偿电感或者线圈充当；所述初级子电路包括初级限流电阻Rpri、初级并联谐振块、初级电感Lpri和初级补偿电容Cpri，所述初级并联谐振块由电感L1和电容C1并联组成，其中，在所述电流检测电路中，所述初级电感Lpri、所述初级限流电阻Rpri和所述初级补偿电容Cpri依次串联形成环路，而在所述电压检测电路中，被测电压源Uex和所述初级限流电阻Rpri以及所述初级补偿电容Cpri串联形成环路，所述初级并联谐振块和初级电感Lpri串联形成的串联体与初级补偿电容Cpri并联；所述次级子电路包括次级电感Lsec、次级阻尼电阻Rsec、次级补偿电感L2、次级输出电容Cout、高速比较器、整流桥输入电阻Rrec和整流桥，其中，所述次级电感Lsec、所述次级阻尼电阻Rsec、所述次级补偿电感L2和所述次级输出电容Cout依次串联形成环路，所述次级输出电容Cout的两端的电压Uout为交流输出电压，并连接到高速比较器的输入端，所述整流桥输入电阻Rrec和所述整流桥串联形成串联体和所述次级输出电容Cout并联，所述整流桥包括肖特基二极管D、直流滤波电容Cmea和直流负载电阻Rmea，所述直流负载电阻Rmea两端的电压为直流输出电压Umea，输入到DSP(DigitalSignalProcessor，数字信号处理器)控制器的ADC(Analog-to-DigitalConverter，模拟数字转换器)模块进行采样，以及所述初级子电路和所述次级子电路通过所述初级电感Lpri和所述次级电感Lsec之间的互感M产生联系。本专利技术实施例的电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路，将强电电路中的电流和电压信号转化为隔离的弱电电压信号，提供用于相位检测的交流输出电压信号和用于幅值检测的直流输出电压信号，并且对于被测电流与电压中的高次谐波成分具备高效的抑制能力，用很容易获取的低成本元器件实现了电动汽车无线充电系统中高频电流与电压信号的检测，并且高效地消除了高次谐波对检测结果的影响，具有很高的创新性和实用性。另外，根据本专利技术上述实施例的电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，其中，如果所述检测电路应用于固定工作频率的无线充电系统，则所述电感L1和所述电容C1在被测电流信号或电压信号的三次谐波频率处发生谐振；如果应用于工作频率可变的无线充电系统，则所述电感L1和所述电容C1的谐振频率接近于工作频带中心频率的三倍。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过高速比较器检测交流输出电压信号的过零点以得到对被检测电流与电压的相位识别和/或频率计算。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，直流输出电压通过DSP控制器的ADC模块进行采集。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路的结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的电动汽车无线充电系统基波电流检测电路结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的电动汽车无线充电系统基波电压检测电路结构示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的电流检测电路幅值和相位响应曲线示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的电压检测电路幅值和相位响应曲线示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路。图1是本专利技术一个实施例的电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路的结构示意图。如图1所示，该电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路包括：电流检测电路和电压检测电路。其中，如图2所示，电流检测电路包括：电流-电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路，其特征在于，电流检测电路包括：电流‑电压转换子电路、初级子电路和次级子电路，电压检测电路包括所述初级子电路和所述次级子电路，其中，所述电流‑电压转换子电路包括初级绕组(Lex)和次级绕组(Lint)，所述初级绕组(Lex)和所述次级绕组(Lint)通过互感Mint产生联系，其中，所述初级绕组(Lex)接入强电电路并载有被测高频电流(Iex)，所述次级绕组(Lint)接入初级子电路，在预设情况下，所述初级绕组(Lex)由无线充电系统中的补偿电感或者线圈充当；所述初级子电路包括初级限流电阻(Rpri)、初级并联谐振块、初级电感(Lpri)和初级补偿电容(Cpri)，所述初级并联谐振块由电感(L1)和电容(C1)并联组成，其中，在所述电流检测电路中，所述初级电感(Lpri)、所述初级限流电阻(Rpri)和所述初级补偿电容(Cpri)依次串联形成环路，而在所述电压检测电路中，被测电压源(Uex)和所述初级限流电阻(Rpri)以及所述初级补偿电容(Cpri)串联形成环路，所述初级并联谐振块和初级电感(Lpri)串联形成的串联体与初级补偿电容(Cpri)并联；所述次级子电路包括次级电感(Lsec)、次级阻尼电阻(Rsec)、次级补偿电感(L2)、次级输出电容(Cout)、高速比较器、整流桥输入电阻(Rrec)和整流桥，其中，所述次级电感(Lsec)、所述次级阻尼电阻(Rsec)、所述次级补偿电感(L2)和所述次级输出电容(Cout)依次串联形成环路，所述次级输出电容(Cout)的两端的电压Uout为交流输出电压，并连接到高速比较器的输入端，所述整流桥输入电阻(Rrec)和所述整流桥串联形成串联体和所述次级输出电容(Cout)并联，所述整流桥包括肖特基二极管(D)、直流滤波电容(Cmea)和直流负载电阻(Rmea)，所述直流负载电阻(Rmea)两端的电压为直流输出电压Umea，输入到DSP控制器的ADC模块进行采样，以及所述初级子电路和所述次级子电路通过所述初级电感(Lpri)和所述次级电感(Lsec)之间的互感(M)产生联系。...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车无线充电系统基波电流与电压检测电路，其特征在于，电流检测电路包括：电流-电压转换子电路、初级子电路和次级子电路，电压检测电路包括所述初级子电路和所述次级子电路，其中，所述电流-电压转换子电路包括初级绕组(Lex)和次级绕组(Lint)，所述初级绕组(Lex)和所述次级绕组(Lint)通过互感Mint产生联系，其中，所述初级绕组(Lex)接入强电电路并载有被测高频电流(Iex)，所述次级绕组(Lint)接入初级子电路，在预设情况下，所述初级绕组(Lex)由无线充电系统中的补偿电感或者线圈充当；所述初级子电路包括初级限流电阻(Rpri)、初级并联谐振块、初级电感(Lpri)和初级补偿电容(Cpri)，所述初级并联谐振块由电感(L1)和电容(C1)并联组成，其中，在所述电流检测电路中，所述初级电感(Lpri)、所述初级限流电阻(Rpri)和所述初级补偿电容(Cpri)依次串联形成环路，而在所述电压检测电路中，被测电压源(Uex)和所述初级限流电阻(Rpri)以及所述初级补偿电容(Cpri)串联形成环路，所述初级并联谐振块和初级电感(Lpri)串联形成的串联体与初级补偿电容(Cpri)并联；所述次级子电路包括次级电感(Lsec)、次级阻尼电阻(Rsec)、次级补偿电感(L2)、次级输出电容(Cout)、高速比较器、整流桥输入电阻(Rrec)...

【专利技术属性】
技术研发人员：高大威，朱国栋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11