一種用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及無(wú)線充電技術(shù)，特別是一種用于電磁耦合無(wú)線充 電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 基于電磁感應(yīng)技術(shù)與電力電子技術(shù)的無(wú)線供電技術(shù)廣泛應(yīng)用于生活之中，實(shí)現(xiàn)了 電能的無(wú)物理連接傳輸。無(wú)線供電系統(tǒng)將傳統(tǒng)變壓器的緊耦合磁路分開，利用原副邊分離 的松耦合變壓器，通過(guò)磁場(chǎng)耦合完成電能傳輸。現(xiàn)有技術(shù)中，無(wú)線充電設(shè)備均采用電磁感應(yīng) 式無(wú)線電能傳輸，對(duì)松耦合變壓器的原副邊的空間位置和距離有著極其嚴(yán)苛的要求，不僅 要求原副邊需要距離近，并且要求原副邊要對(duì)稱，不能有空間上的錯(cuò)位，因此制造難度較 大。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制 方法，所述的這種用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法要解決現(xiàn)有技術(shù) 中松耦合變壓器的原副邊的空間位置的精確要求導(dǎo)致制造難度較大的技術(shù)問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明的這種用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法，包括以下 步驟：
[0005] 步驟一，利用有限元仿真軟件計(jì)算得到松耦合變壓器原副邊在至少兩種相對(duì)位置 下的耦合系數(shù)、自感、互感和漏感。
[0006] 步驟二，利用逆變器輸出設(shè)定頻率的且以半個(gè)周期正負(fù)對(duì)稱的雙極性PWM波，所述 的設(shè)定頻率選擇在松耦合變壓器理想間距下原邊漏感與串聯(lián)諧振電容的諧振點(diǎn)上，
[0007]步驟三，利用無(wú)線充電裝置的電路拓?fù)溆?jì)算或電路仿真軟件仿真，將步驟一中所 獲得的漏感參數(shù)代入，計(jì)算出松耦合變壓器原副邊在各種相對(duì)位置下的電路增益，
[0008] 步驟四，繪制松耦合變壓器原副邊在各種相對(duì)位置下的電路增益表，通過(guò)原副邊 的電路要求確定出有效工作區(qū)域，
[0009] 步驟五，將步驟四獲得的電路增益表的數(shù)據(jù)寫進(jìn)控制電路，在控制電路收到原副 邊的對(duì)位完成信號(hào)后，軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)電路的原副邊進(jìn)行電壓檢測(cè)，若原副邊增益不在 步驟四中確定的有效工作區(qū)域內(nèi)，則要求驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，原副邊重新對(duì)位，收到新的對(duì) 位完成信號(hào)后，再次軟啟動(dòng)，若原副邊電壓增益在步驟四中確定的有效工作區(qū)域內(nèi)，則進(jìn)行 供電工作，若原副邊重新對(duì)位后電壓增益依然不在工作區(qū)域內(nèi)，則再次調(diào)整，直到符合要求 為止。
[0010] 步驟六，在電路正常工作后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原副邊的電壓。
[0011]進(jìn)一步的，所述的對(duì)位完成信號(hào)是在人為對(duì)準(zhǔn)后啟動(dòng)軟啟動(dòng)按鈕的信號(hào)，或者是 利用設(shè)備自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)后產(chǎn)生的信號(hào)。
[0012]進(jìn)一步的，原邊逆變電路拓?fù)溥x用全橋逆變電路，在收到啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)時(shí)，將 對(duì)管的兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比由0開始逐漸增加到50%占空比。
[0013] 本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)比，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明本發(fā)明針對(duì)基于電磁 感應(yīng)式的無(wú)線充電設(shè)備具有的普遍問(wèn)題提出全新的控制策略以及軟啟動(dòng)方式。實(shí)現(xiàn)利用電 學(xué)參數(shù)表征原副邊空間對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，其效果是可以準(zhǔn)確的告知控制系統(tǒng)，松耦合變壓器的原 副邊，是否完全符合工作要求，且本
【發(fā)明內(nèi)容】
基于功率電路元件狀態(tài)獲得，無(wú)需添加任何輔 助檢測(cè)元件及裝置。軟啟動(dòng)可以保證電路電流不會(huì)在電路開啟的瞬間過(guò)大，從而保證了系 統(tǒng)的安全。
【附圖說(shuō)明】：
[0014] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)線充電的電路拓?fù)洹?br>[0015] 圖2為圖1的無(wú)線充電的電路拓?fù)涞摩承腿ヱ畹刃D。
[0016] 圖3為圖2的核心部分的電路圖。
[0017]圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中電路增益與空間距離的關(guān)系圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明中采用的軟件結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的開關(guān)管的軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。
[0020] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中開關(guān)管軟啟動(dòng)的電壓增益曲線圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0021] 實(shí)施例1:
[0022] 圖1為目前廣為流行的基于電磁感應(yīng)式的無(wú)線充電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中的松耦合變 壓器100與大部分的松耦合變壓器一樣，其原副邊形狀相同。部分特殊設(shè)計(jì)的松耦合變壓器 的原副邊形狀不同，但均對(duì)原副邊的對(duì)準(zhǔn)有著較為嚴(yán)苛的要求。
[0023] 圖2為圖1的Τ型去耦等效電路圖，直流輸入電壓經(jīng)過(guò)逆變電路，得到一個(gè)方波的交 流電壓，而后通過(guò)原邊諧振網(wǎng)絡(luò)101，即原邊諧振電容和松耦合變壓器的原邊漏感組成的串 聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行諧振，繼而在原邊線圈上產(chǎn)生高頻電場(chǎng)，由高頻電場(chǎng)產(chǎn)生出高頻磁場(chǎng)，通過(guò) 松耦合變壓器的磁芯導(dǎo)引，磁場(chǎng)按設(shè)計(jì)路線由松耦合變壓器的原邊傳至松耦合變壓器副 邊。磁場(chǎng)在副邊線圈耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。同樣通過(guò)松耦合變壓器的副邊漏感和副邊諧振電 容組成的串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)102進(jìn)行諧振。而后經(jīng)過(guò)橋式整流電路整流成直流源供負(fù)載使用。 [0024]逆變電路采用全橋逆變電路，Qi和Q4的驅(qū)動(dòng)是同步的，Q2和Q3的驅(qū)動(dòng)是同步的，他 們之間是互補(bǔ)的，但是需要留有一定的死區(qū)時(shí)間給IGBT反向恢復(fù)。
[0025]如圖3所示，1^為松耦合變壓器的原邊漏感，Crl為原邊諧振電容，Lr2為松耦合變壓 器的副邊漏感，Cr2為副邊諧振電容，Lm為激磁電感。輸入電壓的頻率由諧振網(wǎng)絡(luò)中的4個(gè)諧 振元件，1^、(^、1^、& 2決定。我們首先通過(guò)有限元仿真軟件計(jì)算出在正常工作范圍內(nèi)的原 副邊漏感，再由工作的諧振頻率計(jì)算出諧振電容的大小，通常來(lái)說(shuō)工作頻率就是所選開關(guān) 管的性能上限，即工作頻率越高越好。由于原副邊采用全對(duì)稱的方式設(shè)計(jì)，所以C rl = Cr2;Lrl = Lr2;所以這里取諧振頻率即為L(zhǎng)rjPCrl的串聯(lián)諧振時(shí)的頻率。當(dāng)諧振網(wǎng)絡(luò)發(fā)生諧振時(shí)，L rl、 Crl、Lr2、Cr2的阻抗為：
[0026:
[0027]
[0028] 由上式可知，此時(shí)阻抗為0。即103相當(dāng)于短路。此時(shí)電路的增益為1。當(dāng)改變?cè)边?空間距離后，漏感值會(huì)發(fā)生變化。而此時(shí)工作頻率和諧振電容大小不變，所以可以通過(guò)計(jì)算 或者電路仿真軟件得到非諧振點(diǎn)時(shí)的電路增益。經(jīng)過(guò)對(duì)不同空間位置進(jìn)行仿真后可以得到 一組不同的漏感值，而將不同的漏感值代入電路中計(jì)算或者仿真即可得到不同的增益。
[0029] 當(dāng)?shù)玫讲煌目臻g位置所獲得的不同的增益的表或曲線后，即可通過(guò)電源的輸入 和負(fù)載輸入的要求確定出可以工作的增益范圍。本實(shí)施例中的電路運(yùn)用中，負(fù)載輸入要求 電壓為220-350V，而輸入電壓為固定的300V，所以只需要增益在0.73以上的空間位置，都應(yīng) 當(dāng)為可以工作的區(qū)域。圖4為本實(shí)施例中增益與原副邊距離的關(guān)系圖。
[0030] 圖5為本發(fā)明采用的控制方法的軟件流程圖。如圖5所示，控制電路收到對(duì)位完成 信號(hào)后，開始對(duì)逆變電路的開關(guān)管軟啟動(dòng)。軟啟動(dòng)完成后，檢測(cè)電路原邊副邊電壓。若原副 邊電壓處于之前設(shè)定的工作區(qū)域之外，則應(yīng)當(dāng)立即停機(jī)，對(duì)外給出未定位成功信號(hào)，此時(shí)原 副邊應(yīng)當(dāng)重新定位，待定位完成后再次軟啟動(dòng)，檢測(cè)電路增益。若原副邊電壓增益處于之前 設(shè)定的工作區(qū)域內(nèi)，則繼續(xù)工作，期間需要不停檢測(cè)電路增益，防止充電過(guò)程中原副邊空間 位置的變化。循環(huán)檢測(cè)過(guò)程，如若一切正常，即可等待充電完成后，停機(jī)，給外界充電完成信 號(hào)。
[0031] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)圖。本發(fā)明實(shí)施例中，逆變電路采用的是全 橋逆變，其逆變電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Q1和Q4的驅(qū)動(dòng)是同步的，Q2和Q3的驅(qū)動(dòng)是同步的，如圖6所 示，S0時(shí)，沒(méi)有收到啟動(dòng)電路的信號(hào)，所有開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)均置低。S1時(shí)，收到啟動(dòng)電路信 號(hào)，但是驅(qū)動(dòng)信號(hào)并沒(méi)有直接達(dá)到期望的占空比而是由0開始逐漸上升。S2-S4為占空比逐 漸上升的示意圖。S5時(shí)完全達(dá)到目標(biāo)工作要求的占空比。圖7表示了本發(fā)明實(shí)施例中開關(guān)管 軟啟動(dòng)的電壓增益曲線。
[0032] 本發(fā)明的控制方法，不僅僅給與了人們判斷原副邊對(duì)準(zhǔn)情況的一個(gè)準(zhǔn)確指示，并 對(duì)無(wú)線充電的智能化控制給出了一個(gè)全新的方案，對(duì)眾多設(shè)備的嵌入式開發(fā)提供了可行、 實(shí)用的入口。
[0033] 以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，本發(fā)明的實(shí)施方 式并不僅限于此，此實(shí)施例僅用于幫助理解本發(fā)明。對(duì)本發(fā)明所作的各種變化實(shí)例，都應(yīng)包 含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的專利保護(hù)應(yīng)當(dāng)有所附權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法，其特征在于:包括以 下步驟： 步驟一，利用有限元仿真軟件計(jì)算得到松耦合變壓器原副邊在至少兩種相對(duì)位置下的 耦合系數(shù)、自感、互感和漏感； 步驟二，利用逆變器輸出設(shè)定頻率的且以半個(gè)周期正負(fù)對(duì)稱的雙極性PWM波，所述的設(shè) 定頻率選擇在松耦合變壓器理想間距下原邊漏感與串聯(lián)諧振電容的諧振點(diǎn)上， 步驟三，利用無(wú)線充電裝置的電路拓?fù)溆?jì)算或電路仿真軟件仿真，將步驟一中所獲得 的漏感參數(shù)代入，計(jì)算出松耦合變壓器原副邊在各種相對(duì)位置下的電路增益， 步驟四，繪制松耦合變壓器原副邊在各種相對(duì)位置下的電路增益表，通過(guò)原副邊的電 路要求確定出有效工作區(qū)域， 步驟五，將步驟四獲得的電路增益表的數(shù)據(jù)寫進(jìn)控制電路，在控制電路收到原副邊的 對(duì)位完成信號(hào)后，軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)電路的原副邊進(jìn)行電壓檢測(cè)，若原副邊增益不在步驟 四中確定的有效工作區(qū)域內(nèi)，則要求驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，原副邊重新對(duì)位，收到新的對(duì)位完 成信號(hào)后，再次軟啟動(dòng)，若原副邊電壓增益在步驟四中確定的有效工作區(qū)域內(nèi)，則進(jìn)行供電 工作，若原副邊重新對(duì)位后電壓增益依然不在工作區(qū)域內(nèi)，則再次調(diào)整，直到符合要求為 止； 步驟六，在電路正常工作后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原副邊的電壓。2. 如權(quán)利要求1所述的用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法，其特 征在于:所述的對(duì)位完成信號(hào)是在人為對(duì)準(zhǔn)后啟動(dòng)軟啟動(dòng)按鈕的信號(hào)，或者是利用設(shè)備自 動(dòng)對(duì)準(zhǔn)后產(chǎn)生的信號(hào)。3. 如權(quán)利要求1所述的用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法，其特 征在于:原邊逆變電路拓?fù)溥x用全橋逆變電路，在收到啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)時(shí)，將對(duì)管的兩個(gè) 開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比由〇開始逐漸增加到50%占空比。
【專利摘要】一種用于電磁耦合無(wú)線充電裝置的原副邊對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)控制方法，針對(duì)基于電磁感應(yīng)式的無(wú)線充電設(shè)備具有的普遍問(wèn)題提出全新的控制策略以及軟啟動(dòng)方式。實(shí)現(xiàn)利用電學(xué)參數(shù)表征原副邊空間對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，其效果是可以準(zhǔn)確的告知控制系統(tǒng)，松耦合變壓器的原副邊，是否完全符合工作要求，且本
【發(fā)明內(nèi)容】
基于功率電路元件狀態(tài)獲得，無(wú)需添加任何輔助檢測(cè)元件及裝置。軟啟動(dòng)可以保證電路電流不會(huì)在電路開啟的瞬間過(guò)大，從而保證了系統(tǒng)的安全。
【IPC分類】H02J50/90, H02J7/00, H02J50/12
【公開號(hào)】CN105515218
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510789000
【發(fā)明人】鄭峰, 劉天宇, 楊希, 龍民敬
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué), 上海瑞伯德智能系統(tǒng)科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日