一种无线充电系统的控制方法及其系统技术方案

本发明专利技术提出一种无线充电系统的控制方法及无线充电系统，包括：无线发射步骤，用于通过一无线充电发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变器之后产生的高频交流电激励发射线圈产生交变电磁场；无线接收步骤，用于通过一无线充电接收端的接收线圈利用磁耦合作用从发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并转换成直流电供给负载；频率追踪步骤，用于在无线充电发射端获取逆变器输出电压信号和电流信号的相位差并根据该相位差调节逆变器工作频率以追踪系统固有谐振频率进行无线充电控制。上述方案通过调节逆变器的工作频率，使其与无线充电系统固有谐振频率一致以实现频率追踪，提高了系统的传输效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电系统的控制方法及其系统
本专利技术属于无线充电
，尤其涉及一种无线充电系统的控制方法及其系统。
技术介绍
近年来，无线充电技术被越来越多的人熟知，其应用领域也在逐渐拓宽中。无线充电技术通过高频磁场耦合实现供电设备与用电设备的非接触电能传输，具有可靠性更高，安全性更好，更容易实现自动化控制等优点，目前已被广泛应用于巡检机器人、无人搬运车、扫地机器人、水下机器人及电动汽车等领域。无线充电系统通过线圈耦合进行能量传输，但是，当线圈由于尺寸限制、系统工作在耦合系数较低的松耦合状态时，只有让逆变器工作频率和固有谐振频率一致，才能使系统的效率达到最大。另外，逆变器工作在系统固有频率时，谐振系统整体呈现为阻性，逆变器工作在软开关工作状态，这样会大大降低电路中的开关噪声，提高系统工作的可靠性。另外，在实际应用中，由于谐振电容和线圈本身存在的差异，或者无线充电接收端所接负载的变化，都会导致系统固有谐振频率发生偏移，此时需要及时调整逆变器工作频率去追踪系统固有谐振频率，使系统重新到达最佳的工作状态。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利技术提出了一种无线充电的控制方法及其实现系统，根据逆变器输出端电压电流的相位差调节逆变器的工作频率，使其与无线充电系统固有谐振频率一致，从而提高系统的传输效率和可靠性。一方面，本专利技术公开了一种无线充电系统的控制方法，包括：S100：无线发射步骤，用于通过一无线充电发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变器之后产生的高频交流电激励发射线圈产生交变电磁场；S200：无线接收步骤，用于通过一无线充电接收端的接收线圈利用磁耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并转换成直流电供给负载；S300：频率追踪步骤，用于在无线充电发射端获取逆变器输出端的电压信号和电流信号的相位差并由一发射端MCU根据该相位差调节逆变器工作频率以追踪系统固有谐振频率进行无线充电控制。进一步的，在上述方法中，所述无线发射步骤还包括：调压步骤，用于将整流滤波步骤得到的直流电进行调压后发送至所述逆变器。进一步的，在上述方法中，所述频率追踪步骤还包括：S310：信号采样，用于采样所述逆变器输出端的电压信号、电流信号；S320：波形整定，用于将采样的电压信号和电流信号经波形整定得到电压采样信号和电流采样信号，所述电压采样信号和电流采样信号的波形为方波。S330：相位关系判断，用于比较所述电压采样信号和电流采样信号，并设定相位超前的为第一信号，相位滞后的设为第二信号；S340：相位差检测，用于获取第一信号和第二信号的相位差；S350：获取已设定的第一信号与第二信号的相位差参考阈值△；S360：调节工作频率，用于根据所述相位差调节逆变器的工作频率以追踪系统固有谐振频率，直至第一信号与第二信号相位差小于△；第一信号与第二信号相位差小于△时，系统不调节。进一步的，在上述方法中，所述相位差检测步骤S340采用中断触发计时的方式实现，其中，进一步包括：S341：采集到第一信号电平信号发生跳变时，所述发射端MCU执行中断任务，开始计时；S342：采集到第二信号电平信号发生跳变时，所述发射端MCU再次执行中断任务，停止计时；S343：所述发射端MCU读取计时值，所述计时值对应第一信号与第二信号的相位差。进一步的，由于所述发射端MCU输出的逆变控制信号与所述逆变器输出端的电压信号为相位相同的电信号，在上述方法中，所述信号采样步骤中，所述逆变器输出端的电压信号也可以采用发射端MCU输出的逆变控制信号。另一方面，本专利技术公开了一种采用如上所述的控制方法的无线充电系统，包括：无线充电发射端，用于通过一无线充电发射端将电网接入的交流电经整流滤波、调压并经逆变器之后产生的高频交流电激励发射线圈产生交变电磁场；无线充电接收端，用于通过一无线充电接收端的接收线圈利用磁耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并经整流滤波后转换成直流电供给负载；其中，所述无线充电发射端包括一频率追踪模块，所述频率追踪模块用于获取无线充电发射端逆变器输出端的电压信号和电流信号的相位差并由一发射端MCU根据该相位差调节逆变器工作频率以追踪系统固有谐振频率进行无线充电控制。进一步的，在上述无线充电系统中，所述无线充电发射端进一步包括：一发射端MCU；一发射端整流滤波电路，电性连接电网系统；一调压电路，电性连接所述发射端整流滤波电路；一逆变器，电性连接所述调压电路；一发射线圈，电性连接所述逆变器，并电磁耦接所述无线充电接收端的接收线圈；一开关管驱动电路，电性连接所述发射端MCU和所述调压电路；一逆变驱动电路，电性连接所述发射端MCU和所述逆变器；一电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和电流采样电路均电性连接所述逆变器输出端和发射端MCU；一无线通信接收模块，电性连接所述发射端MCU，并无线连接所述无线充电接收端。进一步的，在上述无线充电系统中，所述无线充电接收端进一步包括：接收线圈、接收端整流滤波电路、接收端MCU及无线通信发射模块，所述接收线圈电磁耦接所述无线充电发射端的发射线圈，所述接收端整流滤波电路串联连接所述接收线圈后串联连接负载，所述接收端MCU电性连接所述接收端整流滤波电路，所述无线通信发射模块电性连接所述接收端MCU并无线连接所述无线通信接收模块，其中，所述接收线圈利用磁耦合作用从发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并输出至接收端整流滤波电路，经接收端整流滤波电路转换成直流电后输出至负载，所述接收端MCU与所述发射端MCU建立无线通信，进行状态反馈及信号传输。进一步的，在上述无线充电系统中，所述电压采样电路和电流采样电路分别包括：串联连接的电压传感器或电流传感器、相位补偿电路及波形整定电路，其中，电压采样原理为：通过电压传感器获取逆变器的输出电压并转换为采样的电压信号，然后经相位补偿电路对采样的电压信号进行相位补偿，最后经波形整定电路将所述电压信号转换成波形为方波的电压采样信号并传递给发射端MCU；同理，电流采样原理为：通过电流传感器获取逆变器的输出电流并转换为采样的电流信号，然后经相位补偿电路对采样的电流信号进行相位补偿，最后经波形整定电路将所述电流信号转换成波形为方波的电流采样信号并传递给发射端MCU。优选的，所述发射端整流滤波电路也可以包括功率因数校正电路(PFC电路)，所述功率因数校正电路主要是为满足各国电网对用电设备的功率因数的要求，或为满足各国电网不同的工频交流母线电压而设计的功能电路。优选的，所述发射线圈和接收线圈也可以包括与发射线圈或接收线圈及与其相连接的补偿网络。补偿网络一般由一个或多个电容或电感组成的LC网络，用于调节系统的谐振频率。常用的补偿网络包括：SS、SP、LCC-S、LCC-LCC等。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：采用发射端MCU作为数字控制器根据逆变器输出端的电压和电流的相位差调节系统的工作频率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线充电系统的控制方法，其特征在于，包括：/n无线发射步骤，用于通过一无线充电发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变器之后产生的高频交流电激励发射线圈产生交变电磁场；/n无线接收步骤，用于通过一无线充电接收端的接收线圈利用磁耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并转换成直流电供给负载；/n频率追踪步骤，用于在无线充电发射端获取逆变器输出端的电压信号和电流信号的相位差并由一发射端MCU根据该相位差调节逆变器工作频率以追踪系统固有谐振频率进行无线充电控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线充电系统的控制方法，其特征在于，包括：
无线发射步骤，用于通过一无线充电发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变器之后产生的高频交流电激励发射线圈产生交变电磁场；
无线接收步骤，用于通过一无线充电接收端的接收线圈利用磁耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并转换成直流电供给负载；
频率追踪步骤，用于在无线充电发射端获取逆变器输出端的电压信号和电流信号的相位差并由一发射端MCU根据该相位差调节逆变器工作频率以追踪系统固有谐振频率进行无线充电控制。


2.如权利要求1所述的无线充电系统的控制方法，其特征在于，所述无线发射步骤进一步包括：
一调压步骤，用于将整流滤波步骤得到的直流电进行调压后发送至所述逆变器。


3.如权利要求2所述的无线充电系统的控制方法，其特征在于，所述频率追踪步骤进一步包括：
信号采样，用于采样所述逆变器输出端的电压信号、电流信号；
波形整定，用于将采样的电压信号和电流信号经波形整定得到电压采样信号和电流采样信号；
相位关系判断，用于比较所述电压采样信号和电流采样信号，并设定相位超前的为第一信号，相位滞后的设为第二信号；
相位差检测，用于获取第一信号和第二信号的相位差；
获取已设定的第一信号与第二信号的相位差参考阈值△；
调节工作频率，用于根据所述相位差调节逆变器的工作频率以追踪系统固有谐振频率，直至第一信号与第二信号相位差小于△；第一信号与第二信号相位差小于△时，系统不调节。


4.如权利要求3所述的无线充电系统的控制方法，其特征在于，所述相位差检测步骤采用中断触发计时的方式实现，其中，进一步包括：
采集到第一信号电平信号发生跳变时，所述发射端MCU执行中断任务，开始计时；
采集到第二信号电平信号发生跳变时，所述发射端MCU再次执行中断任务，停止计时；
所述发射端MCU读取计时值，所述计时值对应第一信号与第二信号的相位差。


5.如权利要求4所述的无线充电系统的控制方法，其特征在于，所述信号采样步骤，逆变器输出端的电压信号也可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聃，孔灿灿，孙延鸽，
申请(专利权)人：青岛鲁渝能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37