抗偏移无线充电电路及控制方法技术

本发明专利技术适用于无线充电技术领域，提供了一种抗偏移无线充电电路及控制方法，电路包括：逆变单元与直流电源连接，用于将直流电源输出的直流电信号转换为第一交流电信号；谐振单元包括谐振调整模块、无线输出模块、与无线输出模块无线对接的无线接收模块，无线输出模块与逆变单元的输出端连接接收第一交流电信号，谐振调整模块与无线输出模块连接，用于使无线输出模块的发射线圈的电流在预设的三个电流档位之间切换；整流单元与无线接收模块连接，用于将无线接收模块输出的第二交流电信号进行整流后输出。本实施例可保证WPT系统一直工作在感性区，提高了系统的抗偏移能力，能够提高在宽耦合系数区间内传输功率的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
抗偏移无线充电电路及控制方法
本专利技术属于无线充电
，尤其涉及一种抗偏移无线充电电路及控制方法。
技术介绍
无线功率传输（WPT）作为一种理想的供电方式，以安全性高、充电范围大和可控性好等优势得到了快速发展并被广泛用于设备电源，例如电动汽车充电，物料搬运及矿山或水下的电源系统等比较恶劣的环境。为了实现恒定功率输出和高效率，在设计WPT系统时一般优先选择电感器、电容器、电容器系列（LCC-S）补偿网络结构，其中，发射端提供LCC补偿，接收端提供串联补偿，电路结构示意图如图1所示。通过利用LCC-S补偿，谐振转换器以预定的恒定谐振频率将额定功率传递到标称负载。初级侧电流与负载无关，以确保恒定的功率输出。但是，在实际使用过程中，WPT系统中发射线圈与接收线圈间相对位置偏移的客观存在，会引起系统耦合系数的变化，导致输出功率发生较大的波动，所以急需一种保证输出功率达到额定功率的前提下使电源有效利用率最高且抗偏移能力强的电路结构设计。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种抗偏移无线充电电路，旨在解决WPT系统中发射线圈与接收线圈间相对位置偏移导致输出功率波动的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种抗偏移无线充电电路，其特征在于，包括：逆变单元，逆变单元与直流电源连接，用于将直流电源输出的直流电信号转换为第一交流电信号；谐振单元，谐振单元包括谐振调整模块、无线输出模块、与无线输出模块无线对接的无线接收模块，无线输出模块与逆变单元的输出端连接接收第一交流电信号，谐振调整模块与无线输出模块连接，用于使无线输出模块的发射线圈的电流在预设的三个电流档位之间切换；整流单元，整流单元与无线接收模块连接，用于将无线接收模块输出的第二交流电信号进行整流后输出。更进一步地，无线输出模块包括第一电感Lr、第一电阻Rp、第一电容Cp、第二电容Cr和作为发射线圈的第二电感Lp，第一电感Lr的一端与逆变单元的第一端连接，第一电感Lr的另一端依次通过第一电容Cp、第二电感Lp和第一电阻Rp连接至逆变单元的第二端，第二电容Cr与第一电容Cp、第二电容Cr和第一电阻Rp的串联体并联。更进一步地，谐振调整模块包括第一调整电容Cx1、第二调整电容Cx2、第三调整电容Cx3、第四调整电容Cy1和第五调整电容Cy2，第一调整电容Cx1串联于第一电感Lr和第一电容Cp之间的线路上，第二调整电容Cx2和第三调整电容Cx3并联后与第一调整电容Cx1并联，第四调整电容Cy1和第五调整电容Cy2均与第二电容Cr并联，第二调整电容Cx2、第三调整电容Cx3、第四调整电容Cy1和第五调整电容Cy2的一端分别设有控制开关。更进一步地，无线接收模块包括接收线圈Ls、第二电阻Rs和第三电容Cs，接收线圈Ls的一端与整流单元的第一端连接，接收线圈Ls的另一端依次通过第二电阻Rs和第三电容Cs与整流单元的第二端连接。更进一步地，逆变单元包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4，第一场效应管Q1的漏极和第二场效应管Q2的漏极均连接至直流电源的正极输出端，第一场效应管Q1的源极连接至第三场效应管Q3的漏极，第二场效应管Q2的源极连接至第四场效应管Q4的漏极，第三场效应管Q3的源极和第四场效应管Q4的源极均连接至直流电源的负极输出端，第一场效应管Q1的源极作为逆变单元的第一端与第一电感Lr的一端连接，第二场效应管Q2的源极作为逆变单元的第二端与第一电阻Rp连接。更进一步地，整流单元包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阴极均连接至整流单元的第一输出端，第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阳极均连接至整流单元的第二输出端，第一输出端和第二输出端用于与外部负载连接，第一二极管D1的阳极连接至第三二极管D3的阴极，第二二极管D2的阳极连接至第四二极管D4的阴极，第二二极管D2的阳极作为整流单元的第一端与接收线圈Ls的一端连接，第一二极管D1的阳极作为整流单元的第二端与第三电容Cs连接。本专利技术实施例还提供一种抗偏移无线充电的控制方法，应用于如上述的无线充电电路，方法包括：在启动时，获取预设的电流档位数据表，其中，电流档位数据表中包括电流由低到高排列的第一电流档位、第二电流档位和第三电流档位；根据电流档位数据表控制无线输出模块的发射线圈的电流处于第一电流档位；获取无线输出模块的输出功率，并将输出功率与预设的额定功率进行比对；当输出功率不满足额定功率时，根据电流档位数据表控制无线输出模块的发射线圈的电流切换至下一电流档位，直至输出功率满足额定功率。更进一步地，在充电过程中，获取无线输出模块的输入电流值，并将输入电流值与预设的最大电流值进行比对；当输入电流值大于最大电流值时，根据电流档位数据表控制无线输出模块的发射线圈的电流切换至下一电流档位，直至输入电流值小于最大电流值。更进一步地，获取预设的电流档位数据表的步骤之前，还包括：根据预设的计算规则计算无线充电电路中无线输出模块的发射线圈的最大发射电流值；将最大发射电流值划分为第一电流档位、第二电流档位和第三电流档位。更进一步地，第一电流档位为最大发射电流值的0~45%，第二电流档位为最大发射电流值的35%~75%，第三电流档位为最大发射电流值的65%~100%。更进一步地，电流档位数据表还包括与第一电流档位、第二电流档位和第三电流档位对应的三套谐振参数，三套谐振参数的计算方法包括：获取无线充电电路中目标电感和目标电容的参数信息，其中，目标电感和目标电容为接入无线充电电路的谐振电感和谐振电容；根据目标电感和目标电容的参数信息进行计算得到三套谐振参数。更进一步地，当所述输出功率不满足所述额定功率时，根据所述电流档位数据表控制所述无线输出模块的发射线圈的电流切换至下一电流档位，直至所述输出功率满足所述额定功率的步骤之后，还包括：检测无线输出模块的发射线圈的电流数值是否在两个电流档位的交叉区；若是，则将无线输出模块的发射线圈的电流调节至两个电流档位中较小的一档。更进一步地，当所述输出功率不满足所述额定功率时，根据所述电流档位数据表控制所述无线输出模块的发射线圈的电流切换至下一电流档位，直至所述输出功率满足所述额定功率的步骤之后，还包括：获取无线输出模块的发射线圈的电流处于第三电流档位时的系统参数；根据系统参数配置无线充电电路的谐振电容和发射线圈的参数，以使无线充电电路处于第一电流档位和第二电流档位时工作在感性区。本申请实施例通过设置逆变单元将直流电源输出的直流电信号转换为第一交流电信号，然后通过谐振单元中的谐振调整模块控制无线输出模块的发射线圈的电流在三个电流档位直接切换，由于谐振调整模块能使得无线输出模块在不同的系统耦合系数下，满足输出功率达到额定功率的同时保证发射端电流不超上限并保持较高的电源效率，所以整流单元将无线接收模块输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗偏移无线充电电路，其特征在于，包括：/n逆变单元，所述逆变单元与直流电源连接，用于将所述直流电源输出的直流电信号转换为第一交流电信号；/n谐振单元，所述谐振单元包括谐振调整模块、无线输出模块、与所述无线输出模块无线对接的无线接收模块，所述无线输出模块与所述逆变单元的输出端连接接收所述第一交流电信号，所述谐振调整模块与所述无线输出模块连接，用于使所述无线输出模块的发射线圈的电流在预设的三个电流档位之间切换；/n整流单元，所述整流单元与所述无线接收模块连接，用于将所述无线接收模块输出的第二交流电信号进行整流后输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗偏移无线充电电路，其特征在于，包括：
逆变单元，所述逆变单元与直流电源连接，用于将所述直流电源输出的直流电信号转换为第一交流电信号；
谐振单元，所述谐振单元包括谐振调整模块、无线输出模块、与所述无线输出模块无线对接的无线接收模块，所述无线输出模块与所述逆变单元的输出端连接接收所述第一交流电信号，所述谐振调整模块与所述无线输出模块连接，用于使所述无线输出模块的发射线圈的电流在预设的三个电流档位之间切换；
整流单元，所述整流单元与所述无线接收模块连接，用于将所述无线接收模块输出的第二交流电信号进行整流后输出。


2.如权利要求1所述的抗偏移无线充电电路，其特征在于，所述无线输出模块包括第一电感Lr、第一电阻Rp、第一电容Cp、第二电容Cr和作为所述发射线圈的第二电感Lp，所述第一电感Lr的一端与所述逆变单元的第一端连接，所述第一电感Lr的另一端依次通过所述第一电容Cp、第二电感Lp和第一电阻Rp连接至所述逆变单元的第二端，所述第二电容Cr与所述第一电容Cp、第二电容Cr和第一电阻Rp的串联体并联。


3.如权利要求2所述的抗偏移无线充电电路，其特征在于，所述谐振调整模块包括第一调整电容Cx1、第二调整电容Cx2、第三调整电容Cx3、第四调整电容Cy1和第五调整电容Cy2，所述第一调整电容Cx1串联于所述第一电感Lr和第一电容Cp之间的线路上，所述第二调整电容Cx2和所述第三调整电容Cx3并联后与所述第一调整电容Cx1并联，所述第四调整电容Cy1和所述第五调整电容Cy2均与所述第二电容Cr并联，所述第二调整电容Cx2、所述第三调整电容Cx3、所述第四调整电容Cy1和所述第五调整电容Cy2的一端分别设有控制开关。


4.如权利要求3所述的抗偏移无线充电电路，其特征在于，所述无线接收模块包括接收线圈Ls、第二电阻Rs和第三电容Cs，所述接收线圈Ls的一端与所述整流单元的第一端连接，所述接收线圈Ls的另一端依次通过所述第二电阻Rs和第三电容Cs与所述整流单元的第二端连接。


5.如权利要求2所述的抗偏移无线充电电路，其特征在于，所述逆变单元包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4，所述第一场效应管Q1的漏极和所述第二场效应管Q2的漏极均连接至所述直流电源的正极输出端，所述第一场效应管Q1的源极连接至所述第三场效应管Q3的漏极，所述第二场效应管Q2的源极连接至所述第四场效应管Q4的漏极，所述第三场效应管Q3的源极和所述第四场效应管Q4的源极均连接至所述直流电源的负极输出端，所述第一场效应管Q1的源极作为所述逆变单元的第一端与所述第一电感Lr的一端连接，所述第二场效应管Q2的源极作为所述逆变单元的第二端与所述第一电阻Rp连接。


6.如权利要求4所述的抗偏移无线充电电路，其特征在于，所述整流单元包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管D2的阴极均连接至整流单元的第一输出端，所述第三二极管D3的阳极和所述第四二极管D4的阳极均连接至所述整流单元的第二输出端，所述第一输出端和第二输出端用于与外部负载连接，所述第一二极管D1的阳极连接至所述第三二极管D3的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接至所述第四二极管D4的阴极，所述第二二极管D2的阳极作为所述整流单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡锦敏，侯延进，
申请(专利权)人：深圳赫兹创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44