一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统及其充电电流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统及其充电电流计算方法，包括原边电路，原边电路包括：原边切换器，用于对输入的直流电进行逆变并输出至耦合器的原边耦合线圈；原边电流传感器，用于检测耦合器的原边电路的电流值；原边控制电路，用于对原边电流传感器输出的检测值和设定的原边门限阈值进行比较，通过比较结果逻辑控制原边切换器，实现原边切换器的输入电流逆变以及输出瞬态电流峰值的控制。原边控制电路采用逻辑控制，在原边电流传感器输出的原边电路瞬态电流值超过原边门限阈值时，控制原边切换器切换另一路开关管导通，实现原边切换器输出电流极性和峰值的控制，实现了大功率无线充电。电。电。

【技术实现步骤摘要】
power transfer systems with dynamic coupling coefficient estimation,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.33,no.6,pp.5005
–
5015,Jun.2018.)提出了混合拓扑补偿结构来提供CC和CV输出，并能够在与(0相位角)ZPA阻抗匹配的条件下，采用串并联或并串联来实现共模抑制。但是，该技术需要通过精确的阻抗匹配来实现，增加了实际系统实现难度。
[0008]除以上原因外，由于目前已有的方法中的电路环节较多，系统的功率受到最小额定工作电流的限制，尤其是整流器和充电转换两个环节。因此，无法实现大功率(大于500W)无线充电的功能。

技术实现思路

[0009]本专利技术实施例的目的在于提供一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，以解决现有电池无线充电系统的充电电路环节较多导致充电效率低而不满足大功率充电需求的问题，以及现有的用于大功率充电的电池无线充电系统原边和副边的电路规模大、实现难度大的问题。
[0010]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统的充电电流计算方法。
[0011]本专利技术实施例所采用的技术方案是：一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，包括原边电路、耦合器和副边电路，所述原边电路包括：
[0012]原边切换器，用于对输入的直流电进行逆变并输出至耦合器的原边耦合线圈；
[0013]原边电流传感器，用于检测耦合器的原边电路的电流值；
[0014]原边控制电路，用于对原边电流传感器输出的检测值和设定的原边门限阈值进行比较，通过比较结果逻辑控制原边切换器，实现原边切换器的输入电流逆变以及输出瞬态电流峰值的控制。
[0015]进一步的，所述原边控制电路采用逻辑控制，包括：
[0016]原边基准分压电阻网络，用于输出原边门限阈值；
[0017]原边比较器，用于对原边电流传感器输出的检测值与原边基准分压电阻网络输出的原边门限阈值进行比较；
[0018]原边RS触发器，用于对原边比较器的输出信号进行实时逻辑运算，并输出原边切换器的控制信号；在原边电流传感器输出的原边电路瞬态电流值超过原边门限阈值时，控制原边切换器切换另一路开关管导通，否则，控制原边切换器保持当前开关管导通，实现原边切换器输出电流极性和峰值的控制；
[0019]原边开关管驱动器，用于根据原边RS触发器输出的控制信号驱动原边切换器中对应的开关管导通/截止。
[0020]进一步的，所述原边控制电路包括两个原边比较器，其中：
[0021]第一个原边比较器的正相端以及第二个原边比较器的反相端与原边基准分压电阻网络连接，原边基准分压电阻网络为第一个原边比较器的正相端提供原边门限阈值上限V
ref1+
，原边基准分压电阻网络为第二个原边比较器的反相端提供原边门限阈值下限V
ref1
‑
；
[0022]第一个原边比较器的反相端以及第二个原边比较器的正相端均与原边电流传感器的输出端连接；
[0023]第一个原边比较器的输出端与原边RS触发器的R端连接；
[0024]第二个原边比较器的输出端与原边RS触发器的S端连接；
[0025]原边RS触发器的Q端通过对应的原边开关管驱动器与原边切换器的第一个桥臂的下开关Q13以及第二个桥臂的上开关Q12的控制端连接；原边RS触发器的Q～端通过对应的原边开关管驱动器与原边切换器的第一个桥臂的上开关Q11以及第二个桥臂的下开关Q14的控制端连接。
[0026]进一步的，所述原边基准分压电阻网络包括第一电阻R
11
、第二电阻R
12
和第一可调电阻R
AJ1
，其中：
[0027]所述第一电阻R
11
一端与原边电源V
ref1
连接，第一电阻R
11
另一端分两路连接，一路与第一个原边比较器的正相端连接提供原边门限阈值上限V
ref1+
，另一路与第一可调电阻R
AJ1
一端连接；
[0028]所述第二电阻R
12
一端接地，第二电阻R
12
另一端分两路连接，一路与第二个原边比较器的反相端连接提供门限阈值下限V
ref1
‑
，另一路与第一可调电阻R
AJ1
另一端连接。
[0029]进一步的，所述副边电路与原边电路的结构左右对称设置；
[0030]所述副边电路，包括：
[0031]副边切换器，用于对耦合器的副边耦合线圈输送的交流电进行整流；
[0032]副边电流传感器，用于检测耦合器的副边耦合线圈输出的电流值；
[0033]副边控制电路，用于对副边电流传感器输出的检测值和副边门限阈值进行比较，通过比较结果逻辑控制副边切换器实现副边电流的整流。
[0034]进一步的，所述副边控制电路采用逻辑控制，包括：
[0035]副边基准分压电阻网络，用于提供副边门限阈值；
[0036]副边比较器，用于对副边电流传感器输出的检测值与副边门限阈值进行比较；
[0037]副边RS触发器，用于对副边比较器的输出信号进行实时逻辑运算，并输出副边切换器的控制信号；在副边电流传感器输出的副边电路电流值超过副边门限阈值时，控制副边切换器切换另一路开关管导通，否则，控制副边切换器保持当前开关管导通，实现副边切换器输入的电流整流以及输出瞬态电流峰值的控制；
[0038]副边开关管驱动器，用于根据副边RS触发器输出的控制信号驱动副边切换器中对应的开关管导通/截止。
[0039]进一步的，所述副边控制电路包括两个副边比较器，其中：
[0040]第一个副边比较器的正相端以及第二个副边比较器的反相端均与副边基准分压电阻网络连接，副边基准分压电阻网络为第一个副边比较器的正相端提供副边门限阈值上限V
ref2+
，副边基准分压电阻网络为第二个副边比较器的反相端提供副边门限阈值下限V
ref2
‑
；
[0041]第一个副边比较器的反相端以及第二个副边比较器的正相端均与副边电流传感器的输出端连接；
[0042]第一个副边比较器的输出端与副边RS触发器的R端连接；
[0043]第二个副边比较器的输出端与副边RS触发器的S端连接；
[0044]副边RS触发器的Q端通过对应的副边开关管驱动器与副边切换器的第一个桥臂的下开关Q23以及第二个桥臂的上开关Q22的控制端连接；副边RS触发器的Q～端通过对应的
副边开关管驱动器与副边切换器的第一个桥臂的上开关Q21以及第二个桥臂的下开关Q24的控制端连接。
[0045]进一步的，所述副边基准分压电阻网络包括第三电阻R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，包括原边电路、耦合器(2)和副边电路，其特征在于，所述原边电路包括：原边切换器(1)，用于对输入的直流电进行逆变并输出至耦合器(2)的原边耦合线圈；原边电流传感器(4)，用于检测耦合器(2)的原边电路的电流值；原边控制电路(6)，用于对原边电流传感器(4)输出的检测值和设定的原边门限阈值进行比较，通过比较结果逻辑控制原边切换器(1)，实现原边切换器(1)的输入电流逆变以及输出瞬态电流峰值的控制。2.根据权利要求1所述的一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，其特征在于，所述原边控制电路(6)采用逻辑控制，包括：原边基准分压电阻网络(9)，用于输出原边门限阈值；原边比较器(8)，用于对原边电流传感器(4)输出的检测值与原边基准分压电阻网络(9)输出的原边门限阈值进行比较；原边RS触发器(10)，用于对原边比较器(8)的输出信号进行实时逻辑运算，并输出原边切换器(1)的控制信号；在原边电流传感器(4)输出的原边电路瞬态电流值超过原边门限阈值时，控制原边切换器(1)切换另一路开关管导通，否则，控制原边切换器(1)保持当前开关管导通，实现原边切换器(1)输出电流极性和峰值的控制；原边开关管驱动器，用于根据原边RS触发器(10)输出的控制信号驱动原边切换器(1)中对应的开关管导通/截止。3.根据权利要求1所述的一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，其特征在于，所述原边控制电路(6)包括两个原边比较器(8)，其中：第一个原边比较器(8)的正相端以及第二个原边比较器(8)的反相端与原边基准分压电阻网络(9)连接，原边基准分压电阻网络(9)为第一个原边比较器(8)的正相端提供原边门限阈值上限V
ref1+
，原边基准分压电阻网络(9)为第二个原边比较器(8)的反相端提供原边门限阈值下限V
ref1
‑
；第一个原边比较器(8)的反相端以及第二个原边比较器(8)的正相端均与原边电流传感器(4)的输出端连接；第一个原边比较器(8)的输出端与原边RS触发器(10)的R端连接；第二个原边比较器(8)的输出端与原边RS触发器(10)的S端连接；原边RS触发器(10)的Q端通过对应的原边开关管驱动器与原边切换器(1)的第一个桥臂的下开关Q13以及第二个桥臂的上开关Q12的控制端连接；原边RS触发器(10)的端通过对应的原边开关管驱动器与原边切换器(1)的第一个桥臂的上开关Q11以及第二个桥臂的下开关Q14的控制端连接。4.根据权利要求2所述的一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，其特征在于，所述原边基准分压电阻网络(9)包括第一电阻R
11
、第二电阻R
12
和第一可调电阻R
AJ1
，其中：所述第一电阻R
11
一端与原边电源V
ref1
连接，第一电阻R
11
另一端分两路连接，一路与第一个原边比较器(8)的正相端连接提供原边门限阈值上限V
ref1+
，另一路与第一可调电阻R
AJ1
一端连接；所述第二电阻R
12
一端接地，第二电阻R
12
另一端分两路连接，一路与第二个原边比较器
(8)的反相端连接提供门限阈值下限V
ref1
‑
，另一路与第一可调电阻R
AJ1
另一端连接。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，其特征在于，所述副边电路与原边电路的结构左右对称设置；所述副边电路，包括：副边切换器(3)，用于对耦合器(2)的副边耦合线圈输送的交流电进行整流；副边电流传感器(5)，用于检测耦合器(2)的副边耦合线圈输出的电流值；副边控制电路(7)，用于对副边电流传感器(5)输出的检测值和副边门限阈值进行比较，通过比较结果逻辑控制副边切换器(3)实现副边电流的整流。6.根据权利要求5所述的一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，其特征在于，所述副边控制电路(7)采用逻辑控制，包括：副边基准分压电阻网络(12)，用于提供副边门限阈值；副边比较器(11)，用于对副边电流传感器(5)输出的检测值与副边门限阈值进行比较；副边RS触发器(13)，用于对副边比较器(11)的输出信号进行实时逻辑运算，并输出副边切换器(3)的控制信号；在副边电流传感器(5)输出的副边电路电流值超过副边门限阈值时，控制副边切换器(3)切换另一路开关管导通，否则，控制副边切换器(3)保持当前开关管导通，实现副边切换器(3)输入的电流整流以及输出瞬态电流峰值的控制；副边开关管驱动器，用于根据副边RS触发器(13)输出的控制信号驱动副边切换器(3)中对应的开关管导通/截止。7.根据权利要求5所述的一种对称拓扑结构的大功率双稳态自振荡电池直驱无线充电系统，其特征在于，所述副边控制电路(7)包括两个副边比较器(11)，其中：第一个副边比较器(11)的正相端以及第二个副边比较器(11)的反相端均与副边基准分压电阻网络(12)连接，副边基准分压电阻网络(12)为第一个副边比较器(11)的正相端提供副边门限阈值上限V
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，副边基准分压电阻网络(12)为第二个副边比较器(11)的反相端提供副边门限阈值下限V
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；第一个副边比较器(11)的反相端以及第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，张宝，谢楷，权磊，刘艳，徐晗，韩鑫，张翔宇，张毓瑾，常旺，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：