一种无线充电系统及其频率跟踪控制方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种无线充电系统及其频率跟踪控制方法、装置，装置包括依次连接的电流采集器、控制器和驱动器，电流采集器用于采集无线充电系统中谐振回路上的电流，控制器用于采集谐振回路的电压，比较电压的初相和电流的初相，当电压的初相超前电流的初相时，控制驱动器增加输出驱动波形频率，当电压的初相滞后电流的初相时，控制驱动器减小输出驱动波形频率，直至电压和电流的初相相同，从而实现频率跟踪，本发明专利技术的硬件构成简单，且经济成本低。

A wireless charging system and its frequency tracking control method and device

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电系统及其频率跟踪控制方法、装置
本专利技术属于无线充电
，具体涉及一种无线充电系统及其频率跟踪控制方法、装置。
技术介绍
随着国家新能源电动汽车战略的稳步推进，新能源汽车呈现爆发式的增长，其中，主流的充电技术为有线充电技术，无线充电技术应用相对较少，随着无线充电技术的成熟，加上它本身具有的优势，可以节省很多资源，方便快捷、随走随充，省去了建充电站的成本，无线充电会成为未来发展的一个趋势，其中控制难点就有高频逆变单元的频率跟踪控制方式。为了使无线充电中逆变器始终工作在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态，以实现逆变器的输出最大功率，同时实现开关电源的零电压或零电流的开关，要求逆变电路(逆变器)具有频率跟踪的功能，以适应负载的变化。频率跟踪是指某发生器具有自动调节频率的性能，也称自动频率跟踪。高频逆变电源的频率跟踪目前大多采用锁相环电路，采用模拟控制方式，输入补偿以及反馈补偿的方式实现相位调节，例如，公告号为CN202444333U的中国专利提供的“一种磁耦合共振式无线电能传输系统的频率跟踪控制装置”，如图1所示，包括依次串联的电流互感器、相位补偿比较器、锁相环和PWM驱动器，PWM驱动器连接谐振逆变器，电流互感器连接谐振回路，谐振回路连接谐振逆变器的输出端。这种控制方式的不足之处在于对硬件要求较高，并且需要增加相应的锁相环电路，同时需要匹配电路参数，选用合适的器件，还需配合相位补偿与设计死区，电路设计较为复杂、成本较高，准确性和快速性有待提升，并且电路设计随着频率的提高，对频率跟踪的快速性和准确性的要求相应的越高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无线充电系统及其频率跟踪控制方法、装置，用于解决现有频率跟踪装置的硬件复杂、成本高的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种无线充电系统的频率跟踪控制装置，包括依次连接的电流采集器、控制器和驱动器，电流采集器用于采集无线充电系统中谐振回路上的电流，控制器用于采集谐振回路的电压，比较电压的初相和电流的初相，当电压的初相超前电流的初相时，控制驱动器增加输出驱动波形频率，当电压的初相滞后电流的初相时，控制驱动器减小输出驱动波形频率，直至电压和电流的初相相同，实现频率跟踪，所述电压的初相为电压过零点的相位，所述电流的初相为电流过零点的相位。本专利技术的频率跟踪控制装置不需要锁相环等硬件，仅需要电流采集器、控制器和驱动器就能实现频率跟踪，即仅通过采集谐振回路上的电流和电压，判断电压的初相是否超前电流的初相，当超前时增加输出驱动波形频率，当滞后时减小输出驱动波形频率，实现频率跟踪，本专利技术的硬件构成简单，且经济成本低。进一步，所述电流采集器与控制器之间连接有调理电路，该调理电路包括依次连接的比例放大电路、整流滤波电路。进一步，所述电流采集器为霍尔电流传感器，所述控制器为DSP，所述驱动器为PWM驱动器。为解决上述技术问题，本专利技术还提出一种无线充电系统，包括无线充电电路和频率跟踪控制电路，无线充电电路包括逆变器和谐振回路，逆变器输出端连接谐振回路，频率跟踪控制电路包括依次连接的电流采集器、控制器和驱动器，驱动器与逆变器连接，电流采集器与谐振回路连接，电流采集器用于采集所述谐振回路上的电流，控制器用于采集所述谐振回路的电压，比较电压的初相和电流的初相，当电压的初相超前电流的初相时，控制驱动器增加输出驱动波形频率，当电压的初相滞后电流的初相时，控制驱动器减小输出驱动波形频率，直至电压和电流的初相相同，实现频率跟踪；所述电压的初相为电压过零点的相位，所述电流的初相为电流过零点的相位。进一步，所述电流采集器与控制器之间连接有调理电路，该调理电路包括依次连接的比例放大电路、整流滤波电路。进一步，所述电流采集器为霍尔电流传感器，所述控制器为DSP，所述驱动器为PWM驱动器。为解决上述技术问题，本专利技术还提出一种无线充电系统的频率跟踪控制方法，包括以下步骤：1)采集无线充电系统中谐振回路上的电流，采集谐振回路的电压；2)比较电压的初相和电流的初相，当电压超前电流时，控制驱动器增加输出驱动波形频率，当电压滞后电流时，控制驱动器减小输出驱动波形频率，直至电压和电流的初相相同，实现频率跟踪；所述电压的初相为电压过零点的相位，所述电流的初相为电流过零点的相位。附图说明图1是现有技术的频率跟踪控制装置示意图；图2是一种无线充电电路示意图；图3是本专利技术的一种无线充电系统示意图；图4是一种无线充电系统的频率跟踪控制方法流程图；图5是无线充电系统中逆变器和副边接收端电路示意图；图6是无线充电系统的频率跟踪控制装置中的调理电路示意图；图7-1是串联谐振方式下无线充电系统的等效电路图；图7-2是无线充电系统模型等效电路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术的一种无线充电系统，包括无线充电电路和频率跟踪控制电路(即频率跟踪控制装置)，无线充电电路如图2所示，包括依次连接的三相电源、PFC功率因数矫正装置、逆变器、谐振回路(包括串联的谐振电感和谐振电容)、副边接收端电路、整流器、电池，通过检测车辆状态，结合整车控制器可以控制系统的开启和关断，实现对电池充电。频率跟踪控制电路如图3所示，包括依次连接的电流采集器(如霍尔电流传感器)、控制器(如DSP)和PWM驱动器，PWM驱动器与逆变器连接，电流采集器与谐振回路连接，电流采集器用于采集谐振回路上的电流，控制器用于采集谐振回路的电压，比较电压的初相和电流的初相，电压的初相为电压过零点的相位，电流的初相为电流过零点的相位，当电压的初相超前电流的初相时，控制PWM驱动器增加输出驱动波形频率，当电压的初相滞后电流的初相时，控制PWM驱动器减小输出驱动波形频率，直至电压和电流的初相相同，实现频率跟踪。上述无线充电系统是通过串联谐振方式向后级输出能量，串联谐振方式下无线充电系统的等效电路图如图7-1所示。将变压器的互感模型作为共振式两线圈系统的等效电路模型。原边为电能发射线圈，副边为接受线圈。其中，Uin为高频电源，R1为电源内阻与发射线圈上的内阻，R2为接收线圈上的内阻，RL为负载电阻，L1、L2分别为发射线圈与接收线圈的电感，C1、C2分别为发射线圈与接收线圈串联的电容，M为发射线圈与接收线圈之间的互感系数。将副边电路折算成原边等效阻抗Req，可以简化模型，在分析整个系统过程中，将副边输出整流部分和容性滤波电路可折算到初级等效电阻Req，整个无线充电系统模型等效电路如图7-2所示。图7-2中，Req为副边等效电阻，Lr为等效的谐振电感，Cr为等效的谐振电容，Re为原边等效电阻。系统要想实现频率跟踪就是使电压相位和电流相位重合，系统整体呈现为阻性，可以将整个系统等效电阻为Z＝Re+Req+jwLr+1/(jwCr)。wLr是整个系统的感性部分，1/(wCr)是整个系统的容性部分，其中j表示虚数部分，w＝2лf，f为驱动频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线充电系统的频率跟踪控制装置，其特征在于，包括依次连接的电流采集器、控制器和驱动器，电流采集器用于采集无线充电系统中谐振回路上的电流，控制器用于采集谐振回路的电压，比较电压的初相和电流的初相，当电压的初相超前电流的初相时，控制驱动器增加输出驱动波形频率，当电压的初相滞后电流的初相时，控制驱动器减小输出驱动波形频率，直至电压和电流的初相相同，实现频率跟踪，所述电压的初相为电压过零点的相位，所述电流的初相为电流过零点的相位。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线充电系统的频率跟踪控制装置，其特征在于，包括依次连接的电流采集器、控制器和驱动器，电流采集器用于采集无线充电系统中谐振回路上的电流，控制器用于采集谐振回路的电压，比较电压的初相和电流的初相，当电压的初相超前电流的初相时，控制驱动器增加输出驱动波形频率，当电压的初相滞后电流的初相时，控制驱动器减小输出驱动波形频率，直至电压和电流的初相相同，实现频率跟踪，所述电压的初相为电压过零点的相位，所述电流的初相为电流过零点的相位。


2.根据权利要求1所述的无线充电系统的频率跟踪控制装置，其特征在于，所述电流采集器与控制器之间连接有调理电路，该调理电路包括依次连接的比例放大电路、整流滤波电路。


3.根据权利要求1所述的无线充电系统的频率跟踪控制装置，其特征在于，所述电流采集器为霍尔电流传感器。


4.根据权利要求1所述的无线充电系统的频率跟踪控制装置，其特征在于，所述控制器为DSP，所述驱动器为PWM驱动器。


5.一种无线充电系统，包括无线充电电路和频率跟踪控制电路，无线充电电路包括逆变器和谐振回路，逆变器输出端连接谐振回路，其特征在于，频率跟踪控制电路包括依次连接的电流采集器、控制器和驱动器，驱动器与逆变器连接，电流采集器与谐振回路连...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴兴，宁小磊，张瑞丰，仝利锋，
申请(专利权)人：郑州宇通客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41