【技术实现步骤摘要】
本申请属于新能源无线充电，具体为实现了一种lcl-s型拓扑恒流恒压输出控制方法。
技术介绍
1、目前电动汽车充电方式主要为有线充电和无线充电。现阶段的技术背景下，电动汽车主流充电方式仍为有线充电，通过有线电缆连接电源与汽车充电口。有线充电方式存在许多缺陷与技术限制，例如在雨天或潮湿环境下充电电缆的接口易产生火花，造成操作人员触电，线缆繁琐且存在老化等安全隐患，需要定期进行维护，增加了设备的运行成本；充电桩数量有限，且设备占地面积大，空间利用率低，无法满足日益增长的电动汽车充电需求；充电站分布有限，增加了车辆充电的时间成本等。因此，研究者将目光转向不使用物理线缆的连接而通过某种场能进行能量传输的无线电能传输方式。电动汽车无线充电方式相比于有线充电具备如下优势：无需电缆、充电插口等存在接触不良的可能引起触电危险的装置；避免因线缆机械磨损或绝缘老化造成的安全隐患，降低后期设备维护成本；节省用地面积，将充电装置发射端置于地下，空间利用率高；充电过程友好，不受环境条件限制；不受汽车运行状态限制。
2、蓄电池是电动汽车的主要储能装置，其中锂电池因其高能量密度、高充电效率的特性，是目前最为主流的电动汽车电池。为达到电动汽车锂电池恒流/恒压充电的要求，提出了多种充电方式：第一种是通过采集负载的电压/电流，通过原副边通信以及pi控制，控制四路的pwm信号来控制mosfet管的导通与关断达到恒压/恒流充电的要求，这种方式不仅需要原副边的通信，还需要复杂的pi控制策略；第二种是在电路中加入buck调压电路，把采集到的电压/电流信号放大后与
技术实现思路
1、基于上述问题，本专利技术的目的在于提供基于切换谐振频率的lcl-s型拓扑恒流恒压输出，以解决上述
技术介绍
中提出的有线充电不安全、不方便以及无线充电系统在进行恒流/恒压充电时要通过复杂的pi控制策略或者是复杂的电路结构等方面存在一定的局限性的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种lcl-s型拓扑恒流恒压输出控制方法，包括直流电源、逆变电路、原边补偿电路、谐振线圈、副边补偿电路、整流电路、滤波电路和负载；所述逆变电路的四路触发信号由谐振频率切换开关switch和一个pwm信号生成器控制；
4、当恒流或者恒压所对应的谐振频率进入pwm信号生成器中，首先乘2π得到角频率ω，再经过1/s积分环节，与0相位相加后通过sin函数模块将谐振频率转换为sin(ωt+phase)的形式，之后经过asin模块后乘与1相加得到一个占空比，此占空比乘0.5的增益后再与50％的占空比进行比较即可得到四路的pwm触发信号。
5、优选的，所述逆变电路包括开关管q1、q2、q3、q4，原边补偿电路由一个电感l1和一个电容c1组成，谐振线圈包括原边线圈lp和副边线圈ls，副边补偿电路由一个电容c2组成，整流电路包括二极管d1、d2、d3、d4，滤波电路包括滤波电容cf，负载为rl；所述开关管q1和开关管q2串联，开关管q3和开关管q4串联，且开关管q3并联于开关管q1两端,开关管q4并联于开关管q2两端，电感l1串联在电路中，电容c1并联在电路中，电容c2串联在电路中，二极管d1、d2串联，二极管d3、d4串联后并联于二极管d1、d2串联电路两端，滤波电容cf并联于二极管d3、d4串联电路两端，负载rl并联于滤波电容cf两端。
6、优选的，包括以下步骤，
7、s1:以一个具有恒流输出特性的谐振频率f0输出恒定的电流为负载rl供电；
8、s2:在充电过程中，随着时间的增加，负载rl阻值会不断增大，负载两端的电压u0也会逐渐增大；
9、s3:当电压u0达到设定的设定电压时，通过一个switch开关切换系统的谐振频率，此时系统将会以一个具有恒压输出特性的谐振频率f1输出恒定的电压为负载供电，且输出的电压即为设定的电压值。
10、优选的，建立lcl-s拓扑在恒流模式下的等效电路模型分析其恒流输出特性：
11、整个等效模型忽略线圈的内阻，将原边的lcl电路划分为两个lc谐振电路，第一谐振电路包括电感l1和电容c1'，第二个谐振电路包括电感lp和电容c1"；
12、设ω为电路的谐振角频率，ro为整流电路及其之后的等效负载，uin为逆变电路输出的电压，m为原副边线圈的互感；
13、当电路发生谐振时：
14、
15、ro与负载rl的关系为：
16、
17、uin的均方根值rms表示为:
18、
19、利用两个电容c1'和c1"并联代替原本电路中的一个电容c1，直流电源ud；
20、由kcl和kvl可得，第一谐振电路谐振后的电流可表示为：
21、
22、由公式(4)可得，如果输入电压是恒定不变的，而且电路中补偿电感已经确定的，那么的值是恒定的；当第二谐振电路框电感lp和电容c1”发生并联谐振，此时两端输出的电压为：
23、
24、副边谐振电路的电流等效到原边谐振电路的电流源-jωmis为：
25、
26、由公式(6)可得，副边谐振电路等效的电流源大小取决于输入电压uin和lp、l1的值，进一步简化得到副边谐振电路中电流为：
27、
28、由公式(7)可得，副边线圈的输出电流与互感m有关，在静态充电时，系统的间距不会发生变化，此时互感m不变。
29、优选的，在恒流模式下，发生谐振时，电路的输入总阻抗为：
30、
31、其中zr为副边阻抗反射到原边的阻抗，其大小为：
32、
33、由公式(8)和(9)可得，通过合理的参数配置，可以使得在恒流模式下输入总阻抗zin＝0，实现系统在zpa特性下运行。
34、优选的，对于lcl-s型拓扑具有恒压特性，建立恒压模式下lcl-s型拓扑的等效电路，应用kvl可得：
35、
36、式中，ip为原边线圈lp上的电流；is副边线圈ls上的电流；
37、ω满足原边、副边电路两端的谐振条件：
38、
39、等效负载ro上的电压为：
40、
41、负载电压只与输入电压、互感和发射线圈自感有关，系统参数一旦确定，即可得到一个与负载无关的恒定的电压值，实现恒压输出。
42、逆变输出电流与互感和补偿电感的关系为：
43、
44、将副边阻抗等效到原边：
45、
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【技术保护点】
1.一种LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，包括直流电源、逆变电路、原边补偿电路、谐振线圈、副边补偿电路、整流电路、滤波电路和负载；所述逆变电路的四路触发信号由谐振频率切换开关Switch和一个PWM信号生成器控制；
2.根据权利要求1所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，所述逆变电路包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4，原边补偿电路由一个电感L1和一个电容C1组成，谐振线圈包括原边线圈Lp和副边线圈Ls，副边补偿电路由一个电容C2组成，整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4，滤波电路包括滤波电容Cf，负载为RL；所述开关管Q1和开关管Q2串联，开关管Q3和开关管Q4串联，且开关管Q3并联于开关管Q1两端,开关管Q4并联于开关管Q2两端，电感L1串联在电路中，电容C1并联在电路中，电容C2串联在电路中，二极管D1、D2串联，二极管D3、D4串联后并联于二极管D1、D2串联电路两端，滤波电容Cf并联于二极管D3、D4串联电路两端，负载RL并联于滤波电容Cf两端。
3.根据权利要求1所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特
4.根据权利要求1所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，建立LCL-S拓扑在恒流模式下的等效电路模型分析其恒流输出特性：
5.根据权利要求4所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，在恒流模式下，发生谐振时，电路的输入总阻抗为：
6.根据权利要求1所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，对于LCL-S型拓扑具有恒压特性，建立恒压模式下LCL-S型拓扑的等效电路，应用KVL可得：
7.根据权利要求1所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，恒流模式向恒压模式切换的标准为负载两端的电压是否达到了所设定的充电电压，此过程需要持续检测负载两端的电压，并需要把所测数据同步反馈给频率切换开关，当负载电压达到设定的充电电压时，频率切换开关会自动把恒流的谐振频率切换为恒压的谐振频率，系统从而开始以恒压模式进行充电。
8.根据权利要求4所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，电路中的负载电阻RL为20Ω，在不同的时刻利用开关管的通断把其余的负载接入电路，从而实现负载阻值随充电时间的变化而变化。
9.根据权利要求1所述的LCL-S型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，当系统转换为恒压充电后，将持续以恒定的电压为负载进行供电，随着充电时间的持续增加，负载的阻值持续增加，负载两端的电流会持续减小，当电流减小到某一很小的值时，充电结束。
10.一种计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求1-9中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种lcl-s型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，包括直流电源、逆变电路、原边补偿电路、谐振线圈、副边补偿电路、整流电路、滤波电路和负载；所述逆变电路的四路触发信号由谐振频率切换开关switch和一个pwm信号生成器控制；
2.根据权利要求1所述的lcl-s型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，所述逆变电路包括开关管q1、q2、q3、q4，原边补偿电路由一个电感l1和一个电容c1组成，谐振线圈包括原边线圈lp和副边线圈ls，副边补偿电路由一个电容c2组成，整流电路包括二极管d1、d2、d3、d4，滤波电路包括滤波电容cf，负载为rl；所述开关管q1和开关管q2串联，开关管q3和开关管q4串联，且开关管q3并联于开关管q1两端,开关管q4并联于开关管q2两端，电感l1串联在电路中，电容c1并联在电路中，电容c2串联在电路中，二极管d1、d2串联，二极管d3、d4串联后并联于二极管d1、d2串联电路两端，滤波电容cf并联于二极管d3、d4串联电路两端，负载rl并联于滤波电容cf两端。
3.根据权利要求1所述的lcl-s型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
4.根据权利要求1所述的lcl-s型拓扑恒流恒压输出控制方法，其特征在于，建立lcl-s拓扑在恒流模式下的等效电路模型分析其恒流输出特性：
5.根据权利要求4所述的lcl-s型拓扑恒流恒压输...
【专利技术属性】
技术研发人员：国珍，李昭东，陈爽，能纪秋，于海涛，赵景波，权利敏，徐新立，杨光，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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