【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线充电，特别是涉及一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统及控制方法。
技术介绍
1、无线电能传输技术具有方便、安全、传输稳定、无需接触等优点，且无线充电技术避开了传统有线接触式充电存在的触电安全隐患和长时间使用导致线路老化等问题，这使得该技术广泛应用于工业、医疗、水下供电、电动车充电等领域。另外，由于锂电池具有对环境污染小、质量轻、使用寿命长、无记忆等优点，使得锂电池在充电领域得到广泛应用。如何提高充电的效率和延迟电池的使用时间是无线充电技术中的一个研究热点。
2、目前无线充电系统主要采用较为复杂的闭环控制方式来实现恒流或恒压的输出，如在发射侧或者接收侧采用额外的dc-dc变换器、调节逆变器的基波电压、调频实现系统恒流或者恒压输出，而在负载增大的过程中调频的方式可能会出现多于一个的频率点符合条件的情况，这类方式需要建立发射侧和接收侧之间的通信，需要通过算法调节输出电流电压，从而导致控制程序复杂，且存在的通信时延使其不适用于高频电路。另一方面，现有技术在解决线圈偏移问题时多数采用改变线圈形状或者在接收侧增加开关的方式，导致线圈增大，损耗也随之增加，同时也增加了无线充电系统接收侧的体积。
3、专利文献cn113937908a公开了一种补偿网络自适应的恒压恒流无线充电系统，该方案在设计上采用的s-s和p-s两种低阶补偿网络进行切换，其中p-s补偿网络电压的增益只与互感m有关，所以发射线圈和接收线圈必须处于特定位置才能实现电压增益调节，其设计自由度低。专利文献cn114709937a公开了一种基
4、所以本专利技术提供一种新的方案来解决此问题。
技术实现思路
1、针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的在于提供一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统及控制方法，利用等效电路分别建立恒流充电和恒压充电的模型，计算补偿网络谐振所需要的条件，通过附加的电容电感和开关改变发射侧拓扑结构，在线圈发生偏移时，通过mosfet管q5自动调节补偿电容c2的容抗，使电路重新处于谐振状态，从而减少了无功功率。
2、其解决的技术方案是：一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统，包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括直流电源、高频桥式逆变电路和原边补偿单元，所述接收装置包括副边补偿单元、整流滤波电路和电池负载，所述原边补偿单元包括补偿电容c1、补偿电容c2、补偿电容cp、mosfet管q5、补偿电感l1、补偿电感l2、开关s1、开关s2，补偿电容c1的一端连接所述高频桥式逆变电路的第一输出端，补偿电容c1的另一端连接开关s2的一端，并通过电感l2连接补偿电容c2和补偿电容cp的一端，电容c2的另一端连接mosfet管q5的漏极，补偿电容cp的另一端连接发射线圈lp的一端，开关s1并联在补偿电容c1的两端，开关s2的另一端通过电感l1连接所述高频桥式逆变电路的第二输出端、mosfet管q5的源极和发射线圈lp的一端。
3、优选的，所述副边补偿单元包括接收线圈ls和补偿电容cs，接收线圈ls的一端通过补偿电容cs连接所述整流滤波电路的第一输入端，接收线圈ls的另一端连接所述整流滤波电路的第二输入端。
4、优选的，所述高频桥式逆变电路的两个输入端接入所述直流电源的两端，所述整流滤波电路的两个输出端接入所述电池负载的两端，所述电池负载的两端还并联有补偿电容cf。
5、一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
6、1)开始充电时，系统自检是否处于谐振状态，若系统处于非谐振状态，则通过调节mosfet管q5的工作频率ω1，使得系统处于谐振状态；
7、2)系统处于谐振状态时，开关s1和开关s2闭合，补偿电容c1被短路，无线充电系统发射侧切换为π型补偿网络，此时，无线充电系统以恒流模式进行充电；
8、3)当充电电压上升到电池的阈值电压时，开关s1和开关s2断开，使得系统发射侧补偿网络结构从π型切换至t型，此时，无线充电系统进入恒压模式进行充电；
9、4)随着负载饱和，电流不断下降至截止电流时，整个充电过程完成，直流电源停止对系统供能，充电停止。
10、优选的，所述步骤1)中系统自检具体包括：
11、设定发射线圈lp与接收线圈ls之间的线圈互感m、耦合系数k参考值，当无线充电系统线圈发生偏移时，线圈互感m与耦合系数k均减小而低于参考值，此时电路处于过耦合状态，呈感性，由此实现系统自检功能。
12、优选的，所述线圈互感m、补偿电容c2及mosfet管q5的工作频率ω1满足如下关系：
13、ω12mc2-1＝0
14、当系统处于非谐振状态时，则增大mosfet管q5的频率ω1，直至满足上式。
15、通过以上技术方案，本专利技术的有益效果为：
16、1.本专利技术实现了无线电能高效的恒压恒流输出和抗偏移能力，并且接收侧元器件少，且电路结构简单，减小了无线充电设备接收侧设备体积；
17、2.在不改变系统逆变电路频率的基础上，通过切换发射侧开关来实现与电池负载无关的恒流和恒压输出，无需复杂的通信电路，系统操作简单、可靠性强；
18、3.本专利技术在恒流充电模式和恒压充电模式具有无功功率小、设备接收侧元器件少、输出电压电流稳定等优势，在不同恒流或恒压不同模式下，以及线圈发生偏移的状态下，均能使逆变器输出电压和电流同相位，以降低系统的无功损耗，提高系统电能传输效率。
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1.一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统，包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括直流电源、高频桥式逆变电路和原边补偿单元，所述接收装置包括副边补偿单元、整流滤波电路和电池负载，其特征在于：所述原边补偿单元包括补偿电容C1、补偿电容C2、补偿电容Cp、MOSFET管Q5、补偿电感L1、补偿电感L2、开关S1、开关S2，补偿电容C1的一端连接所述高频桥式逆变电路的第一输出端，补偿电容C1的另一端连接开关S2的一端，并通过电感L2连接补偿电容C2和补偿电容Cp的一端，电容C2的另一端连接MOSFET管Q5的漏极，补偿电容Cp的另一端连接发射线圈Lp的一端，开关S1并联在补偿电容C1的两端，开关S2的另一端通过电感L1连接所述高频桥式逆变电路的第二输出端、MOSFET管Q5的源极和发射线圈Lp的一端。
2.根据权利要求1所述一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统，其特征在于：所述副边补偿单元包括接收线圈Ls和补偿电容CS，接收线圈Ls的一端通过补偿电容CS连接所述整流滤波电路的第一输入端，接收线圈Ls的另一端连接所述整流滤波电路的第二输入端。
3.根据权利
4.根据权利要求1-3任一所述一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中系统自检具体包括：
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述线圈互感M、补偿电容C2及MOSFET管Q5的工作频率ω1满足如下关系：
...【技术特征摘要】
1.一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充电系统，包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括直流电源、高频桥式逆变电路和原边补偿单元，所述接收装置包括副边补偿单元、整流滤波电路和电池负载，其特征在于：所述原边补偿单元包括补偿电容c1、补偿电容c2、补偿电容cp、mosfet管q5、补偿电感l1、补偿电感l2、开关s1、开关s2，补偿电容c1的一端连接所述高频桥式逆变电路的第一输出端，补偿电容c1的另一端连接开关s2的一端，并通过电感l2连接补偿电容c2和补偿电容cp的一端，电容c2的另一端连接mosfet管q5的漏极，补偿电容cp的另一端连接发射线圈lp的一端，开关s1并联在补偿电容c1的两端，开关s2的另一端通过电感l1连接所述高频桥式逆变电路的第二输出端、mosfet管q5的源极和发射线圈lp的一端。
2.根据权利要求1所述一种具有抗偏移能力的恒流恒压无线充...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭彩霞，张志俊，郭虎，李阳阳，王豪，朱洵，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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