在于包括主電路和控制電路，所述主電路包 括耦合連接的發(fā)射端主電路和接收端主電路，所述發(fā)射端主電路包括順序連接的發(fā)射端直 流電源系統(tǒng)、發(fā)射端交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及發(fā)射端諧振電路，所述接收端主電路包括順序連接 的接收端諧振電路、接收端直流轉(zhuǎn)換電路以及接收端負(fù)載匹配變換電路； 所述控制電路包括發(fā)射端控制電路和接收端控制電路，發(fā)射端控制電路包括分別連接 在發(fā)射端數(shù)字信號處理器DSP上的發(fā)射端PWM驅(qū)動電路和發(fā)射端電流采樣電路，該發(fā)射端 電流采樣電路連接在發(fā)射端諧振電路上；所述接收端控制電路包括分別連接在接收端數(shù)字 信號處理器DSP上的接收端PWM驅(qū)動電路、接收端兩路電壓采樣電路和接收端電流采樣電 路，所述接收端兩路電壓采樣電路的接收端第一電壓采樣電路接在接收端直流轉(zhuǎn)換電路的 輸出端，接收端第二電壓采樣電路串聯(lián)連接在水下機(jī)器人電池正極和負(fù)極之間，所述接收 端電流采樣電路串聯(lián)連接在水下機(jī)器人電池正極〇與接收端負(fù)載匹配變換電路出書的正 極P之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)射端交流轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)包括第一功率MOS開關(guān)管S1、第二功率MOS開關(guān)管S2、第三功率MOS開關(guān)管S3、第 四功率MOS開關(guān)管S4 ;第一功率MOS開關(guān)管S1的漏極、第三功率MOS開關(guān)管S3的漏極與 發(fā)射端直流電源系統(tǒng)的正極A相連，第一功率MOS開關(guān)管S1的源極與第二功率MOS開關(guān)管 S2的漏極相連，第三功率MOS開關(guān)管S3的源極與第四功率MOS開關(guān)管S4的漏極相連，第 二功率MOS開關(guān)管S2的源極、第四功率MOS開關(guān)管S4的源極與發(fā)射端直流電源系統(tǒng)的負(fù) 極B連接，第一功率MOS開關(guān)管S1的柵極接發(fā)射端PWM驅(qū)動電路的第一路PWM信號端，第 二功率MOS開關(guān)管S2的柵極接發(fā)射端PWM驅(qū)動電路的第二路PWM信號端，第三功率MOS開 關(guān)管S3的柵極接發(fā)射端PWM驅(qū)動電路的第三路PWM信號端，第四功率MOS開關(guān)管S4的柵 極接發(fā)射端PWM驅(qū)動電路的第四路PWM信號端。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)射端諧 振電路包括發(fā)射端諧振電容C1和發(fā)射端諧振電感L1，該發(fā)射端諧振電容C1的一端與第一 功率MOS開關(guān)管S1的源極連接；發(fā)射端諧振電容C1的另一端與發(fā)射端諧振電感L1的一端 連接；發(fā)射端諧振電感L1的另一端與第四功率MOS開關(guān)管S4的漏極連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述的接收端直流轉(zhuǎn) 換電路包括第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三二極管VD3、第四二極管VD4 ;第一二極管 VD1的陰極、第三二極管VD3的陰極與第三電感L3的一端連接，第一二極管VD1的陽極與第 二二極管VD2的陰極連接，第三二極管VD3的陽極與第四二極管VD4的陰極連接，第二二極 管VD2的陽極與第四二極管VD4的陽極與第五功率MOS開光管S5的源極連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述的接收端 諧振電路包括接收端諧振電谷C2和接收端諧振電感L2,該接收端諧振電谷C2的一端與弟 一二極管VD1的陽極連接，另一端與接收端諧振電感L2的一端連接，該接收端諧振電感L2 的另一端與第四二極管VD4的陰極連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述的接收端負(fù)載匹 配電路包括第三電感L3、第五功率MOS開關(guān)管S5、第五二極管VD5以及第三電容C3，所述接 收端直流轉(zhuǎn)換電路輸出的正極Μ與機(jī)器人電池接口正極P之間串接第三電感C3和第五二 極管VD5,所述第五功率MOS開關(guān)管S5的漏極接第三電感C3和第五二極管VD5之間的電極 點I，第五功率MOS開關(guān)管的源極接在接收端直流轉(zhuǎn)換電路輸出的負(fù)極N，第五功率MOS開 關(guān)管的柵極接在接收端PWM驅(qū)動電路的第五PWM信號端，接收端負(fù)載匹配變換電路輸出的 正極P與負(fù)極Q之間串接第三電容C3。7. -種利用權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于： 首先，檢測發(fā)射端諧振電路的電流，通過發(fā)射端諧振電路的電流變化判定接收端是否 接入電路，即負(fù)載檢測，若發(fā)射端檢測到接收端接入電路后，發(fā)射端數(shù)字信號處理器DSP發(fā) 出充電指令，電路進(jìn)入工作狀態(tài)，通過發(fā)射端PWM驅(qū)動電路控制發(fā)射端交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出 交流電，經(jīng)過發(fā)射端諧振電路將電能傳輸?shù)浇邮斩?，接收端通過接收端諧振電路接收發(fā)射 端傳輸來的能量，并把這些能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娸敵?，?jīng)過接收端直流轉(zhuǎn)換電路以及接收端 負(fù)載匹配電路后，對水下機(jī)器人電池進(jìn)行充電，若發(fā)射端檢測到接收端離開電路或者接收 端水下機(jī)器人電池電量充滿后，發(fā)射端數(shù)字信號處理器DSP發(fā)出停止充電的指令，并將控 制發(fā)射端主電路電路回歸檢測模式運行； 其次，在電路工作時發(fā)射端電流采樣電路對發(fā)射端諧振電路的電流進(jìn)行采樣，通多對 發(fā)射端諧振電路的電流進(jìn)行采樣，通過采樣電流的值與零值相比較，通過比較的值，改變發(fā) 射端數(shù)字信號處理器DSP發(fā)出的PWM的頻率，校正發(fā)射端交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出頻率達(dá)到發(fā) 射端諧振電路的諧振頻率，即進(jìn)行諧振頻率追蹤； 再者，接收端主電路在工作時，接收端的第二電壓采樣電路對水下機(jī)器人的電池電壓 進(jìn)行采樣，接收端電流采樣電路對水下機(jī)器人電池的充電電流進(jìn)行采樣，采集的電壓和電 流信息送給接收端數(shù)字信號處理器DSP，在接收端數(shù)字信號處理器DSP中進(jìn)行處理，從而根 據(jù)處理結(jié)果，發(fā)出相應(yīng)的PWM信號，控制接收端對水下機(jī)器人的充電模式，實現(xiàn)對水下機(jī)器 人的電池能量管理。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于負(fù)載檢測 的具體方法為： 發(fā)射端主電路開始初始化時，發(fā)射端主電路處于檢測模式運行，每Is運行20個周期， 在每個PWM波的中點對發(fā)射端諧振電路中電感上的電流進(jìn)行采樣，取中間的采樣值，若此 時的電流小于20安培，則發(fā)射端主電路轉(zhuǎn)為持續(xù)模式運行，若此時電流值大于20安培，則 繼續(xù)檢測模式運行，取中間的采樣值，通過和前1秒所取的采樣值相比較來決定電路的工 作模式，若電流采樣值比前一秒采樣值減小的幅值超過2安培，則證明接收端主電路接入 電路，電路進(jìn)入持續(xù)模式運行，電路持續(xù)工作，對水下機(jī)器人電池進(jìn)行充電，在持續(xù)模式運 行時，每個周期在PWM的中點處對發(fā)射端電感上的電流進(jìn)行采樣，每秒取一次中間值，同 時，每秒進(jìn)行一次比較，若檢測的電流值增大幅度超過2安培，則發(fā)射端停止持續(xù)模式工 作，轉(zhuǎn)為檢測模式運行若與前一秒的采樣值相比，電流大小的變化在1安培之內(nèi)，則證明接 收端無動作，電路維持之前的模式運行。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于諧振頻率 追蹤的方法為：在每個PWM的上升沿對發(fā)射端諧振電路中電感上的電流進(jìn)行采樣，若采樣 值大于零，則增加發(fā)射端交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出電壓的頻率，知道電流的采樣值為零；若采樣 值小于零，則調(diào)小發(fā)射端交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出電壓的頻率，直到電流的采樣值為零；若采樣 值等于零，因此發(fā)射端交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出電壓的頻率不變。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于水下機(jī) 器人的電池能量管理方法為：在電池電量低于50%時，進(jìn)行充電，在電池電流高于90%時， 由負(fù)載匹配變換器結(jié)束充電，即在對水下機(jī)器人進(jìn)行充電時，對電池的充電功率進(jìn)行控制， 實現(xiàn)恒功率充電，具體由雙環(huán)閉環(huán)控制實現(xiàn)：對電池的電壓以及充電電流進(jìn)行采樣，與給定 的恒定功率進(jìn)行比較，其誤差通過數(shù)字信號處理器DSP進(jìn)行積分處理生成功率匹配變換器 輸入電壓的參考值；對功率匹配變換器進(jìn)行輸入電壓的控制，從而控制輸出功率即電池的 充電功率達(dá)到給定的恒定功率，實現(xiàn)恒功率充電。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下機(jī)器人無線充電系統(tǒng)及其控制方法，所述水下無線充電系統(tǒng)包括耦合連接的發(fā)射端系統(tǒng)和接收端系統(tǒng)，所述發(fā)射端系統(tǒng)包括了順序連接的電源系統(tǒng)、交流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及發(fā)射端的諧振電路；述接收端系統(tǒng)包括接收端諧振電路、接收端直流轉(zhuǎn)換電路以及接收端負(fù)載匹配電路；所述能量控制方法包括機(jī)器人充電控制和充電功率控制算法，本發(fā)明利用電磁感應(yīng)原理對水下機(jī)器人進(jìn)行無線充電，同時設(shè)計了一種能量控制方法，實現(xiàn)了對水下機(jī)器人充電的控制，實現(xiàn)低電荷量情況下恒功率充電以及充滿斷電的控制。
【IPC分類】H02J7/00, H02J50/12
【公開號】CN105262154
【申請?zhí)枴緾N201510541749
【發(fā)明人】李富龍, 徐松, 蔣偉
【申請人】揚州大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年8月28日