基于移相调节控制的无线充电方法及系统技术方案

本发明专利技术提出基于移相调节控制的无线充电方法及系统，包括：无线发射步骤，用于通过一发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变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，用于通过一接收端的接收线圈利用磁场耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并经整流和滤波转换成直流电供给负载；充电控制步骤，用于所述发射端MCU通过无线通信获取所述接收端采集自负载的采样充电电压或采样充电电流并根据该采样充电电压或采样充电电流控制调整逆变驱动信号的移相角，以保证充电电压或充电电流符合预设标准，实现恒压或恒流充电。本发明专利技术可以实现系统的高效率传输，同时降低系统的体积和成本。

【技术实现步骤摘要】
基于移相调节控制的无线充电方法及系统
本专利技术属于无线充电
，尤其涉及一种基于移相调节控制的无线充电方法及系统。
技术介绍
目前，随着技术的不断成熟，移动机器人已经广泛地应用在各行各业中，用以代替原来人所有进行的工作。但是，当前移动机器人设备的充电问题，一直是一个影响其效能的关键制约，移动机器人的快速充电是典型的低压大电流应用。而传统的方式采用电极接触的方式，这种方式存在电火花、漏电、电极氧化等等诸多的缺点，尤其是在快速充电的情况下更为严重。为此，采用无线充电技术实现机器人的自动充电是一个理想的选择。但是由于对于采用谐振模式的无线电能传输系统而言，输出的阻抗匹配影响了系统的整体效率，为此不能让无线电能传输系统直接输出低压大电流给负载。为此，一些方案采用在无线电能传输系统后侧增加一级DC/DC电路来实现阻抗的匹配。但是这种做法由于增加了一级功率变换，系统的体积增加，效率降低且增加了系统成本。目前的无线电能传输系统一般采用频率调节输出增益的方式，这种方式的优点是调节范围比较宽，控制方法简单。但是其缺点是靠近谐振点的区域，调节的增益变化比较陡，很小的频率变化，就会造成较大的输出电流的波动。同时，当系统处于轻载状态时，系统的工作频率远离谐振点，导致系统的工作效率降低。若采用调压控制方式，需要在逆变器的输入侧增加一级DC/DC，以调节和控制逆变器的输入电压，但这样也增加了系统的体积和成本。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种基于移相调节控制的无线充电方法及系统，可以实现系统的高效率的同时，也降低了系统的体积和成本。一方面，本专利技术公开了一种基于移相调节控制的无线充电方法，包括：无线发射步骤，用于通过一发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变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，用于通过一接收端的接收线圈利用磁场耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并经整流和滤波转换成直流电供给负载；充电控制步骤，用于所述发射端MCU根据无线通信获取所述接收端采集自负载的采样充电电压或采样充电电流并根据该采样充电电压或采样充电电流控制逆变驱动信号的移相角，以保证充电电压或充电电流符合预设标准，实现恒压或恒流充电。进一步的，所述无线接收步骤还包括一高频交流升压或降压环节，所述接收端用一高频变压器将接收线圈拾取的高频交流电进行升压或降压变换并输出。进一步的，所述充电控制步骤进一步包括：接收充电指令步骤，用于发射端MCU接收到系统发出的充电指令；发射端启动步骤，用于在发射端接收到所述充电指令信号后，所述发射端MCU通过一移相驱动电路产生逆变驱动信号，其中，所述逆变驱动信号为数字PWM信号，包括频率为F0的PWM2H、PWM2L、PWM3H、PWM3L，所述PWM2H与PWM3L、PWM2L与PWM3H两两之间的初始相位差为θ0，然后发射端MCU调整逆变器驱动频率F由F0到F1，F1为系统带载时的工作频率。θ0移相角较大，设置系统启动频率F0和初始相位差θ0目的是减小系统上电过程中的电流浪涌冲击，防止系统因电流过冲而损坏。进一步的，所述充电控制步骤进一步包括：获取调节参考量，通过所述发射端MCU获取预设充电电压V0、预设充电电流I0、采样充电电压V1及采样充电电流I1并获取调节参考量，其中，所述调节参考量包括Vd＝|V1-V0|、Id＝|I1-I0|。调节移相角，当调节参考量Vd≠0或Id≠0时，发射端MCU通过控制算法调节逆变驱动信号的移相角θ，直至使Vd＝0或Id＝0，实现恒压或恒流充电。进一步的，所述充电控制步骤进一步包括：逆变器输出采样监测，用于采样逆变器输出点的电压信号U和电流信号I，并发送至发射端MCU；获取相位差，用于所述发射端MCU获取电压信号U和电流信号I的相位差的绝对值；调节相位差，所述相位差的绝对值不为0时，所述发射端MCU通过控制算法调节逆变驱动信号的工作频率F，直至所述相位差为零，以使逆变器输出点的阻抗接近阻性。另一方面，本专利技术公开了一种基于移相调节控制的无线充电系统，采用如上所述的无线充电方法，所述无线充电系统包括：发射端，用于将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变之后转换成的高频交流电激励发射线圈产生交变电磁场；接收端，用于通过一接收线圈利用磁场耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并经整流和滤波转换成直流电供给负载；其中，所述接收端包括一充电采样电路，用于采集供给负载的采样充电电压V1或采样充电电流I1，并经无线通信发送至发射端MCU；所述发射端包括一充电控制电路，用于根据采样充电电压V1或采样充电电流I1通过移相调节控制的方式进行无线充电控制。通过控制算法调整逆变驱动信号的移相角以保证充电电压或充电电流符合预设标准，实现无线充电的恒压或恒流控制。进一步的，所述发射端包括电性串接的整流滤波电路、逆变器、发射线圈，及一与所述充电控制电路电性连接的无线通信接收模块。进一步的，所述充电控制电路进一步包括：发射端MCU及电性连接所述发射端MCU、逆变器的移相驱动电路。进一步的，所述发射端进一步包括电压采样电路及电流采样电路，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点和所述发射端MCU。进一步的，所述发射端进一步包括一由DC/DC稳压器组成的发射端辅助供电模块，所述发射端辅助供电模块为所述发射端MCU、无线通信接收模块及移相驱动电路供电。进一步的，所述接收端进一步包括：电性串接的接收线圈、整流电路及滤波电路，所述接收线圈电磁耦接所述发射端的发射线圈，所述滤波电路还连接一充电采样电路和一接收端辅助供电模块，所述充电采样电路、辅助供电模块均电性连接一接收端MCU，所述接收端MCU电性连接一无线通信发射模块，所述无线通信发射模块无线连接所述发射端的无线通信接收模块。进一步的，所述接收端还包括一高频变压器，所述高频变压器电性连接所述接收线圈、整流电路。进一步的，所述逆变器是由开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4并联组成H桥式逆变器。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。优选地，所述滤波电路采用由电容C1、电感L2、电容C2组成的π型滤波电路，其中，电容C1和电容C2的一端连接在电感L2的两端，另一端接地。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术的无线充电系统去掉了无线电能传输级接收端的DC/DC级，因此对于负载的恒流或恒压控制只本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于移相调节控制的无线充电方法，其特征在于，包括：/n无线发射步骤，用于通过一发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变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，用于通过一接收端的接收线圈利用磁场耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并经整流和滤波转换成直流电供给负载；/n充电控制步骤，用于所述发射端MCU通过无线通信获取所述接收端采集自负载的采样充电电压或采样充电电流并根据该采样充电电压或采样充电电流通过控制算法控制逆变驱动信号的移相角，以保证充电电压或充电电流符合预设标准，实现恒压或恒流充电。/n

【技术特征摘要】
1.基于移相调节控制的无线充电方法，其特征在于，包括：
无线发射步骤，用于通过一发射端将电网接入的交流电经整流滤波并经逆变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，用于通过一接收端的接收线圈利用磁场耦合作用从所述发射线圈产生的交变电磁场中拾取能量，并经整流和滤波转换成直流电供给负载；
充电控制步骤，用于所述发射端MCU通过无线通信获取所述接收端采集自负载的采样充电电压或采样充电电流并根据该采样充电电压或采样充电电流通过控制算法控制逆变驱动信号的移相角，以保证充电电压或充电电流符合预设标准，实现恒压或恒流充电。


2.如权利要求1所述的基于移相调节控制的无线充电方法，其特征在于，所述无线接收步骤还包括一高频交流升压或降压环节，所述接收端用一高频变压器将接收线圈拾取的高频交流电进行升压或降压变换并输出。


3.如权利要求1或2所述的基于移相调节控制的无线充电方法，其特征在于，所述充电控制步骤进一步包括：
获取调节参考量，用于获取预设充电电压V0、预设充电电流I0、采样充电电压V1及采样充电电流I1并获取调节参考量，其中，所述调节参考量包括Vd＝|V1-V0|、Id＝|I1-I0|；
调节移相角，用于当调节参考量Vd≠0或Id≠0时，通过控制算法调节逆变驱动信号的移相角θ，使Vd＝0或Id＝0，以保证充电电压或充电电流符合预设标准，实现恒压或恒流充电。


4.如权利要求3所述的基于移相调节控制的无线充电方法，其特征在于，所述充电控制步骤进一步包括：
逆变器输出采样监测，用于采样逆变器输出点的电压信号U和电流信号I；
获取相位差，用于获取所述电压信号U和电流信号I的相位差的绝对值；
调节相位差，用于当所述相位差绝对值不为0时，通过控制算法调节逆变驱动信号的工作频率F，直至所述相位差绝对值为0，以使逆变器输出点的阻抗接近阻性。


5.基于移相调节控制的无线充电系统，采用如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聃，孙延鸽，孔灿灿，
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