【技术实现步骤摘要】
本申请涉及无线充电，特别是涉及一种逆变谐振恒功率无线充电系统和控制方法。
技术介绍
1、无人驾驶的送快递小车，送外卖送餐等众多服务机器人目前任然采用红外定位的方案，即机器人的充电座不断向外发出红外信号，机器人的红外信号接收器通过接收信号的数量与位置来判断自身的位置，再规划路线回到充电桩。此方案要求机器人不能在墙体复杂或者远距离情况下使用，而且对于充电功率达300-400w的机器人，非硬插拔式的无线充电底座有发热量大，短路的安全隐患。在发射端上：面对低功率情况下，部分研究成果采用pwm波互补移相控制来实现功率的上下限控制，但此方案不能实现功率闭环，且在大功率输出情况下有超调炸板风险，以及在大部分条件下并不能实现较高的能量利用率。对于接收端：普通方案为采用lc串联直冲以及lcc功率补偿方案，两种方案的如想要保持较高的接受效率则需要极其精密的互感值、阻抗值、反射电阻值等，而在实际使用中，这些值都难以控制或者测量，因此上述两种方案在实际应用中鲁棒性较差。
2、现有技术结构复杂，需设立电桥测量电路测量互感值来改变发射端pwm波的相位差，即以实时改变发射端功率的方法实现负载端接受功率恒定。此方案实现成本较高，且发射端在大功率输出状态下，功率损耗较大，温升较大，在负载阻抗增大的同时，为保持接收端恒功率需要更大的发射功率，能量利用率较低。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种逆变谐振恒功率无线充电系统和控制方法。
2、一种逆变谐振恒功率无线充电系统和控
3、所述发射端包括：发射电源模块、高频全桥逆变电路、lcc功率补偿模块、发射线圈、主控模块以及母线电压电流测量模块；所述电源模块与所述高频全桥逆变电路的输入端连接，所述高频全桥逆变电路的输出端与所述lcc功率补偿模块连接，所述lcc功率补偿模块与所述发射线圈连接；所述母线电压电流测量模块用于测量所述发射电源模块的母线电压和电流，并传输至所述主控模块；
4、所述接收端包括：接收线圈、对称lcc功率补偿电路、整流模块、同步buck电路、过电压保护电路、超级电容组、电容电压测量模块以及充电电流和谐振电压测量模块。
5、所述发射线圈通过磁耦合谐振方式将功率传输到所述接收线圈；所述接收线圈通过所述对称lcc功率补偿电路与所述整流模块连接，所述整流模块与所述同步buck电路的输入端连接，所述同步buck电路的输出端通过所述过电压保护电路与所述超级电容组连接；所述充电电流和谐振电压测量模块用于测量整流模块输出的信号的电压和电流值，并传输至所述主控模块；所述电容电压测量模块用于测量所述超级电容组的电容电压，并传输至所述主控模块。
6、所述主控模块根据充电电流和谐振电压测量模块测量的充电电流和谐振电压确定实时充电功率，并根据所述实时充电功率和预设恒定功率，输出两路第一pwm信号至所述高频全桥逆变电路调整发射功率，同时输出两路第二pwm信号至所述同步buck电路进行充电功率调整，完成恒功率无线充电。
7、在其中一个实施例中，所述主控模块包括risc-v架构的国产单片机。
8、在其中一个实施例中，所述高频全桥逆变电路包括：两个高频半桥栅极驱动器和一个高频全桥逆变器。
9、两个所述高频半桥栅极驱动器的输入端均与所述主控模块连接，第一个所述高频半桥栅极驱动器的两个输出端分别与所述高频全桥逆变器的第一半桥的两个mos管的栅极连接，第二个所述高频半桥栅极驱动器的两个输出端分别与所述高频全桥逆变器的第二半桥的两个mos管的栅极连接，所述高频全桥逆变器的第一半桥和第二半桥的输出端分别与所述lcc功率补偿模块的两个输入端连接。
10、在其中一个实施例中，所述同步buck电路包括：半桥驱动模块、mos半桥、滤波模块。
11、所述半桥驱动模块的两个输入端与所述主控模块连接，所述半桥驱动模块的两个输出端分别与所述mos半桥的上桥臂和下桥臂的mos管的栅极连接，所述mos半桥的上桥臂的mos的源极与所述mos半桥的下桥臂的mos的漏极连接，所述mos半桥的下桥臂的mos的源极与所述滤波模块的一个输入端连接，所述mos半桥的下桥臂的mos的漏极与所述滤波模块的另一个输入端连接，所述滤波模块的输出端与所述过电压保护电路连接。
12、在其中一个实施例中，在发射端，所述主控模块还用于根据所述母线电压电流测量模块测量的发射电源模块的母线电流和母线电压判断所述发射电源模块是否状态正常，如果状态正常则采用阶梯功率控制方式输出第一pwm信号至所述高频全桥逆变电路，对所述高频全桥逆变电路进行控制；所述阶梯功率控制方式为：在0.0s-1.0s线性调控50%-100%目标功率，1.0s往后线性调控100%目标功率。
13、在其中一个实施例中，所述主控模块还用于对发射端进行发射过流保护；所述发射过流保护是指：按照预定频率读取所述母线电压电流测量模块测量的母线电流值，得到电流采样值，并存储在预定缓冲区数组中，对所述电流采样值采用巴特沃斯低通滤波器进行滤波，然后统计预定缓冲区数组中预定数量个电流数据，在1秒内统计所有电流数据的线性相关系数及峰值差，设定线性相关系数及峰值差的加权系数，若线性相关系数及峰值差的加权和超过预设阈值，则当前系统存在过流，所述主控模块停止输出第一pwm信号关断所述高频全桥逆变电路的mos管
14、在其中一个实施例中，所述主控模块还用于对所述接收端进行接收过流保护；所述接收过流保护是指：当接收线圈两边电压差小于预设压差阈值时，则将充放电电流设定为预设值；当接收线圈两边电压差大于预设压差阈值时，则限制充放电电流，电流计算公式为：
15、；
16、其中，为目前电容允许的最大充电电流，为电容电压（实时测量），为输入电压（整流后），为mos允许通过的最大电流。
17、在其中一个实施例中，所述主控模块还用于对接收端电路进行硬件自检、对发射端和接收端进行运行时的故障检测；其中，运行时故障检测包括：过欠压异常, 电流过流,充放电异常。
18、对接收端电路进行硬件自检的过程包括：发射开始预设时间段内，检测接收端电压和电流，分别存储在预定的缓冲数组，并通过低通滤波滤除白噪声，线性改变上下两个mos管的占空比，根据电压和电流数据，计算电压变化率、占空比变化率以及电流变化率，若电压变化率小于占空比变化率，则判定mos管已损坏，若电压变化率与占空比变化率之比大于阈值上限，电流变化率小于电流变化率阈值下限，则断定电感已损坏；
19、所述充放电异常的判断方法为：若dc-dc设定功率和实际计算功率长时间相差大于预设值，则发生充放电异常。
20、所述充放电异常的判断方法为：若dc-dc设定功率和实际计算功率长时间相差大于预设值，则认为发生充放电异常。
21、在其中一个实施例中，所述主控模块还用于根据采集的所述电容电压测量模块测量的超级电容组的电容电压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种逆变谐振恒功率无线充电系统，其特征在于，所述系统包括：发射端和接收端；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块包括Risc-v架构的国产单片机。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高频全桥逆变电路包括：两个高频半桥栅极驱动器和一个高频全桥逆变器；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步Buck电路包括：半桥驱动模块、MOS半桥、滤波模块；
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在发射端，所述主控模块还用于根据所述母线电压电流测量模块测量的发射电源模块的母线电流和母线电压判断所述发射电源模块是否状态正常，如果状态正常则采用阶梯功率控制方式输出第一PWM信号至所述高频全桥逆变电路，对所述高频全桥逆变电路进行控制；
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块还用于对发射端进行发射过流保护；所述发射过流保护是指：按照预定频率读取所述母线电压电流测量模块测量的母线电流值，得到电流采样值，并存储在预定缓冲区数组中，对所述电流采样值采用巴特沃斯低通滤波器进行滤波，然后统计
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块还用于对所述接收端进行接收过流保护；所述接收过流保护是指：当接收线圈两边电压差小于预设压差阈值时，则充放电电流设定为预设值；当接收线圈两边电压差大于预设压差阈值时，则限制充放电电流，电流计算公式为：
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块还用于对接收端电路进行硬件自检、对发射端和接收端进行运行时的故障检测；其中，运行时故障检测包括：过欠压异常, 电流过流, 充放电异常；
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块还用于根据采集的所述电容电压测量模块测量的超级电容组的电容电压，调整同步Buck电路的输出电压，使超级电容组中超级电容在不被击穿的情况下恒功率充电。
10.一种逆变谐振恒功率无线充电控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-9任一项所述的逆变谐振恒功率无线充电系统实现恒功率无线充电；所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种逆变谐振恒功率无线充电系统，其特征在于，所述系统包括：发射端和接收端；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块包括risc-v架构的国产单片机。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高频全桥逆变电路包括：两个高频半桥栅极驱动器和一个高频全桥逆变器；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步buck电路包括：半桥驱动模块、mos半桥、滤波模块；
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在发射端，所述主控模块还用于根据所述母线电压电流测量模块测量的发射电源模块的母线电流和母线电压判断所述发射电源模块是否状态正常，如果状态正常则采用阶梯功率控制方式输出第一pwm信号至所述高频全桥逆变电路，对所述高频全桥逆变电路进行控制；
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块还用于对发射端进行发射过流保护；所述发射过流保护是指：按照预定频率读取所述母线电压电流测量模块测量的母线电流值，得到电流采样值，并存储在预定缓冲区数组中，对所述电流采样值采用巴特沃斯低通滤波器进行滤波，然后统计预定缓冲区数组中所有电流数据，在1秒内统计电流数据的...
【专利技术属性】
技术研发人员：于瑞航，唐赞，钟宇轩，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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