一种基于LLC拓扑结构的无线供电电路制造技术

本发明专利技术涉及一种基于LLC拓扑结构的自调谐无线供电系统，包括原边电路和副边电路，原边电路包括直流电压源、逆变电路和串联接有原边补偿电容的原边谐振电路，副边电路包括串联接有副边补偿电容的副边补偿电路，副边补偿电路接入全桥整流滤波电路输出直流电压，为负载提供驱动；引入反馈回路，反馈回路将副边电路的副边电流作为反馈量，利用I/V转换器和过零比较器提取副边电流的零点信息，利用无线传输将零点信息传输给原边电路接收，原边电路接受到无线信号后送入控制器分析此时电路工作频率与谐振频率的关系，进而控制半桥驱动芯片调节逆变电路的工作频率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LLC拓扑结构的无线供电电路
本专利技术属于无线供电领域，特别是关于遥测系统中可以自动调谐的无线供电系统。
技术介绍
遥测系统为高速旋转设备性能的测试提供了一种有效的方式，而对于这种高速旋转的特殊工况条件，提供稳定可靠的电源供电是遥测技术的关键之一。无线供电技术抛弃了传统供电技术利用物理连接的方式，因此在高速旋转体遥测系统中通常选择无线供电作为电源供应方式。目前的无线供电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式和电场耦合式。当前最成熟、最普遍的是电磁感应式。电磁感应式无线供电技术利用电磁感应原理，在发送端的初级线圈上通交流电，由于电磁感应接收端的复级线圈将会产生一个感应电流，由此实现电能的无线传输。电磁感应式无线供电技术转换效率高，但是传输距离短，因而比较适合短距离传输的遥测系统。因为测试环境狭小，现有的旋转体遥测仪器的无线供电系统趋向于选用更小的线圈进行耦合供电，以至于初级和复级线圈之间的耦合程度较低，需要设置更高的谐振频率和输入电压以保证足够的传输效率，而这又带来了更为严重的原线圈发热问题，同时高电压和谐振频率也使得开关损耗变得不可忽视。同时，旋转体遥测系统由于处于高速旋转状态，旋转过程可能引入传输距离的变化而改变无线供电电路谐振频率，进而导致电压增益的变化，因此有必要设计一种可以追踪谐频率的无线供电技术以稳定电压增益。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种供电效率较高的无线供电电路。本专利技术可以根据电路参数变化对电路谐振频率实现自动跟踪，稳定且最大化电压增益。技术方案如下：一种基于LLC拓扑结构的自调谐无线供电系统，包括原边电路和副边电路，原边电路包括直流电压源、逆变电路和串联接有原边补偿电容的原边谐振电路，副边电路包括串联接有副边补偿电容的副边补偿电路，副边补偿电路接入全桥整流滤波电路输出直流电压，为负载提供驱动，其特征在于，在LLC拓扑无线供电电路引入反馈回路，反馈回路将副边电路的副边电流作为反馈量，利用I/V转换器和过零比较器提取副边电流的零点信息，利用无线传输将零点信息传输给原边电路接收，原边电路接受到无线信号后送入控制器分析此时电路工作频率与谐振频率的关系，进而控制半桥驱动芯片调节逆变电路的工作频率，控制方法如下：将副边电流的零点时刻与逆变电路零点时刻的差值作为误差控制量，利用PID控制算法调节逆变电路的工作频率，当误差控制量为零时，实现对谐振频率的跟踪。附图说明图1示出本专利技术整体的结构。图1中：1为直流电源；2为逆变桥电路；3是谐振电路；4是变压器无线供电模块；5是副边补偿电路；6是整流滤波电路；7是负载；8是反馈回路。图2示出本专利技术的LLC谐振电路的基本拓扑结构。图2中：1为直流电源；2为逆变桥电路；3是谐振电路；4是变压器无线供电模块；5是副边补偿电路；6是整流滤波电路；7是负载；8是反馈回路；9、10是功率开关管；11是原边补偿电容；12是变压器原边漏感；13是变压器励磁电感；14是变压器副边漏感；15是副边补偿电容；16是I/V转换器；17是过零比较器；18是微控制器；19是半桥驱动芯片；20是副边电流；21是原边线圈；22是副边线圈。具体实施方式LLC拓扑结构是一种常用的变压器结构，通过补偿电容补偿原边漏感提高变压器的工作效率。本专利技术通过引入复边补偿电容补偿副边漏感，进一步提高该电路结构的工作效率。同时引入反馈回路，将该变压器电路结构发展为可以对谐振频率实现跟踪的无线供电技术。本专利技术电路结构如图1所示，由直流电源1、逆变桥电路2、谐振电路3、无线供电模块4、副边补偿电路5、整流滤波电路6、负载7以及反馈回路8组成。电路工作时，直流电源1通过逆变电路2得到方波输出，方波频率可以通过调节mos管9、10的开关频率控制。方波信号经过谐振电路可以得到最接近谐振频率的正弦谐波分量。由图2可以得到谐振电路3的结构，谐振电路由原边补偿电容11、原边漏感12和励磁电感13组成。设原边漏感为Lr、原边补偿电容为Cr、励磁电感为Lm，则谐振电路具有两个谐振频率fr1和fr2(fr1＞fr2)；当原边励磁电感13被输出电压钳位时(输出电压与谐振频率无关)，谐振频率为当励磁电感13不被输出电压钳位时，谐振频率为为了得到稳定的电压增益需要令励磁电感13的电压工作在钳位状态，即工作频率为fr1，此时原边漏感12、原边补偿电容11发生谐振，此时电压增益与谐振频率fr1的大小无关。因为fr1＞fr2，所以此时谐振电路为感性，电流滞后于电压，实现了mos管的实现零电压开通(ZVS)，减小了mos管的开关损耗，进一步提高了电路工作效率。调整mos管开关9、10的开关频率等于谐振频率，方波信号经过谐振电路3，得到频率为谐振频率的正弦波。该正弦波信号经过无线供电模块4，将原边电压传输给副边线圈22。本专利技术采用相同的线圈作为原边线圈21和副边线圈22，因此原边漏感12和副边漏感14相同，使用与原边补偿电容11相同的副边补偿电容15构成副边补偿电路，副边电压工作频率满足副边漏感14和副边补偿电容15的谐振频率因此副边补偿电路稳定了副边的电压增益。副边电压经过整流滤波电路6得到直流电压输出为副边负载7提供电源电压。当无线供电系统工作时，副边线圈与原边线圈的距离不可避免的会发生改变，因此也会导致漏感12、14的改变，也就会导致谐振频率fr1的改变，因此为使电路增益稳定，需要对谐振频率进行跟踪。当电路工作在谐振频率fr1时，副边电流与原边电压同相，当电路工作频率高于谐振频率fr1时，副边电流相位滞后原边电压相位，当电路工作频率高于谐振频率fr1时，副边电流相位超前原边电压相位。因此可以通过比较副边电流的零点相位时间与mos管电压控制信号的零点相位时间，判断工作频率与谐振频率间的关系。为了实现对谐振频率进行跟踪，本专利技术通过引入了反馈回路。具体实施方式是将副边电流20作为反馈量输入I/V转换器16，把副边电流信号20转换为电压信号处理，将该电压信号输入过零比较器17提取零点信息，并将零点信息输入微控制器18分析处理，进而控制半桥驱动芯片19以调节mos管9、10的开关频率，实现对谐振频率fr1的跟踪。特别的，可以调节控制参数令工作频率f满足fr2＜f＜fr1，此时原边谐振电路为感性，副边补偿电路为容性，因此可以实现原边mos管的零电压导通(ZVS)和副边整流管的零电流关断(ZCS)，进一步减小开关损耗，提高电路的整体效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LLC拓扑结构的自调谐无线供电系统，包括原边电路和副边电路，原边电路包括直流电压源、逆变电路和串联接有原边补偿电容的原边谐振电路，副边电路包括串联接有副边补偿电容的副边补偿电路，副边补偿电路接入全桥整流滤波电路输出直流电压，为负载提供驱动，其特征在于，/n自调谐无线供电系统引入反馈回路，反馈回路将副边电路的副边电流作为反馈量，利用I/V转换器和过零比较器提取副边电流的零点信息，利用无线传输将零点信息传输给原边电路接收，原边电路接受到无线信号后送入控制器分析此时电路工作频率与谐振频率的关系，进而控制半桥驱动芯片调节逆变电路的工作频率，控制方法如下：将副边电流的零点时刻与逆变电路零点时刻的差值作为误差控制量，利用PID控制算法调节逆变电路的工作频率，当误差控制量为零时，实现对谐振频率的跟踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LLC拓扑结构的自调谐无线供电系统，包括原边电路和副边电路，原边电路包括直流电压源、逆变电路和串联接有原边补偿电容的原边谐振电路，副边电路包括串联接有副边补偿电容的副边补偿电路，副边补偿电路接入全桥整流滤波电路输出直流电压，为负载提供驱动，其特征在于，
自调谐无线供电系统引入反馈回路，反馈回路将副边电路的副边电流作为反馈量，利用I/V转...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，陈越，林昊然，叶德超，蒋佳佳，李秋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12