用于非接触式能量传输系统的功率控制电路技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于非接触式能量传输系统的功率控制电路，包括直流电源、逆变器、原／副边谐振电路、整流滤波电路以及可变负载；其特征在于：在可变负载上连接有电压检测单元，该电压检测单元经ＲＦ发射机、ＲＦ接收机与电压比较单元连接，该电压比较单元还连接有标准参考电压，其输出端连接软开关工作点选择单元，该软开关工作点选择单元连接有信号分频单元，该信号分频单元连接驱动电路驱动所述逆变器中的开关管。其显著效果是：主电路结构简单，无需在主电路中添加任何额外的开关电路，降低了系统的控制难度，逆变器中的开关管始终处于软开关模式，降低了开关损耗，提高了系统的转换效率，实现了传输功率的有效调节。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到非接触式能量传输
，具体地说，是一种用于非接触式 能量传输系统的功率控制电路。
技术介绍
随着科学技术的发展，非接触式能量传输已经广泛应用到电力传输以及自动控制 等领域。而在非接触式能量传输系统中，其原边与副边是完全电气绝缘的两个独立部分，副 边上所连接的功率负载往往会发生变化，要实现系统传输功率的调节与控制，通常也是从 原边及副边分别采取措施，目前常见的功率控制主要有以下几种(1)原边或副边串联DC/DC变换器(即直流-直流变换)通过在系统原边加入DC/DC环节，调整高频逆变器的输入电压，从而调节系统的 传输功率。也可以在拾取端接入DC/DC变换器，实现副边局部稳压控制，以适应不同的负 载。(2)原边或副边失谐控制在原边或副边的谐振回路中接入开关电容或者相控电感，调整其等效电容值或电 感值，使得系统处于调谐状态或者非调谐状态，从而调节系统的传输功率或拾取到的功率。(3)副边短路解耦控制通过在拾取端并联一组解耦线圈或者在拾取线圈上并联一个短路开关，以一定的 频率及占空比控制拾取端解耦就可以调节拾取到的功率。(4)原边移相控制对原边高频逆变器采用移相控制，通过调节移相角的大小来调节注入原边谐振网 络的能量，从而调节系统的传输功率；(5)原边能量注入控制这种方法主要应用于电压型串联谐振的非接触式能量传输系统，在每次原边谐振 电流过零时，控制器根据反馈误差信号确定是将谐振网络连接到电源以注入能量，还是让 谐振网络自由振荡。这是一种离散的控制方式，每次能量注入的最小时间单位为半个振荡 周期。现有的这些控制方式中均存在不足，上述的1、2、3种控制方式均需要在系统主电 路中接入开关辅助电路，这一方面增加了系统的成本及控制的难度，另一方面也不同程度 地降低了系统的效率。第4种移相控制方法会使得原边逆变器的开关管工作在硬开关模 式，在传输功率较大时，这会增加系统的开关损耗及电磁干扰EMI值。而第5种能量注入控 制方法在轻负载情况下，能量注入的频率将会大幅下降，这会导致谐振电压电流波形的包 络线存在很大的纹波，性能不稳定。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种用于非接触式能量传输系统的功率控制电路，用于3解决现有技术中电路控制复杂，控制效率低下，性能不稳定等缺陷。为达到上述目的，本技术采用如下方案一种用于非接触式能量传输系统的功率控制电路，包括直流电源、逆变器、原边谐 振电路、副边谐振电路、整流滤波电路以及可变负载，所述逆变器为第一开关管、第二开关 管、第三开关管以及第四开关管组成的桥式逆变电路；其关键在于所述可变负载的高电平端连接有电压检测单元，该电压检测单元的 输出端连接有RF发射机，该RF发射机与RF接收机无线连接，所述RF接收机的输出端与电 压比较单元的第一输入端连接，该电压比较单元的第二输入端还连接有标准参考电压，该 电压比较单元的输出端连接有软开关工作点选择单元，该软开关工作点选择单元的输出端 连接有信号分频单元，该信号分频单元的输出端连接有驱动电路，该驱动电路输出的4路 驱动信号分别连接在所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管的驱动端 上。所述直流电源、逆变器、原边谐振电路、副边谐振电路、整流滤波电路以及可变负 载组成一个传统的非接触式能量传输系统，原边谐振电路中的激励线圈与副边谐振电路中 的拾取线圈之间产生磁场耦合，实现了原边向副边的非接触式能量传输。由于不同的应用环境可变负载的阻值会发生变化，导致系统的反射阻抗变化，从 而引起系统传输功率的改变。本技术通过设置电压检测单元检测所述可变负载的输出 电压，并利用成熟的RF射频技术将所检测到的电压数据通过RF发射机无线传输到设置在 原边的RF接收机上，所述RF接收机将接收到的电压数据传送到电压比较单元中，该电压比 较单元将接收到的电压数据与标准参考电压进行比较，并将比较结果传送到软开关工作点 选择单元，所述软开关工作点选择单元根据接收到的比较结果可以调节信号分频单元的分 频系数，所述信号分频单元接收到的分频系数，根据连接在基频输入端的基频信号可以输 出分频信号，该分频信号输入到驱动电路中，由于该驱动电路用于驱动所述逆变器中开关 管，所以分频信号的频率即为开关管的通断频率。在电路系统中通过RF无线传输将副边负载输出电压反馈到原边的控制电路中， 根据负载输出电压标准参考电压值的大小来确定原边逆变器中开关管的通断频率。如果 电压比较单元的比较结果大于零，则表示输出电压偏低，系统将增大逆变器中开关管的通 断频率；如果比较结果小于零，则表示输出电压偏高，系统将减小逆变器中开关管的通断频 率；如果比较结果等于零，则保持在当前工作点上运行。通过系统反馈信息在多个软开关工作点之间进行来回切换，即使负载发生变化， 其负载端的输出电压也能在标准参考电压点上达到动态稳定，从而实现对传输功率的控 制。所述原边谐振电路上连接有电流检测单元，该电流检测单元的输出端与所述信号 分频单元的基频信号输入端连接。所述信号分频单元的基频信号为逆变器输出电流的过零信号，根据接收到的分频 系数，信号分频单元对基频信号进行分频，其输出信号经过驱动电路直接控制逆变桥中的 开关管。所述整流滤波电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及低通 滤波电容组成，其中第一二极管、第二二极管、第三二极管与第四二极管组成桥式整流电路，该桥式整流电路的两个输入端之间连接所述副边谐振电路，该桥式整流电路的两个输 出端端之间连接所述低通滤波电容，在低通滤波电容的两端连接所述可变负载。桥式整流电路将副边谐振电路所拾取的交变电流整形为直流输出，系统中产生的 高频杂波信号经过低通滤波电容滤除，降低了系统的电磁干扰。所述原边谐振电路与副边谐振电路均为谐振电感和谐振电容组成的串联式谐振 回路。采用串联谐振电路的优点就是其谐振回路不存在直流通路，当系统谐振失败时，电路 处于开路状态而不是短路状态，这无疑会提高系统可靠性，同时串联谐振回路中元件参数 设计比较简单，易于实现原副边都谐振的工作状态，降低了电路设计的难度。本技术的显著效果是主电路结构简单，无需在主电路中添加任何额外的开 关电路，降低了系统的控制难度，而且逆变器中的开关管始终处于软开关模式，降低了开关 损耗，提高了系统的转换效率，实现了传输功率的有效调节。附图说明图1是本技术的电路原理框图；图2是传统的非接触式能量传输系统的电路原理图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。如图1所示一种用于非接触式能量传输系统的功率控制电路，包括直流电源Ed。、 逆变器1、原边谐振电路Lp、Cp、副边谐振电路Ls、Cs、整流滤波电路2以及可变负载&，所述 逆变器1为第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3以及第四开关管S4组成的桥式逆 变电路，所述原边谐振电路LP、CP是由激励线圈Lp和原边谐振电容Cp组成的串联式谐振回 路，所述副边谐振电路Ls、(；是由拾取线圈Ls和副边谐振电容Cs组成的串联式谐振回路，在 激励线圈Lp与拾取线圈Ls之间产生磁场耦合，从而实现原边向副边的非接触式能量传输。所述可变负载&的高电平端连接有电压检测单元3，该电压检测单元3的输出端 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非接触式能量传输系统的功率控制电路，包括直流电源（Ｅｄｃ）、逆变器（１）、原边谐振电路（Ｌｐ、Ｃｐ）、副边谐振电路（Ｌｓ、Ｃｓ）、整流滤波电路（２）以及可变负载（ＲＬ），所述逆变器（１）为第一开关管（Ｓ１）、第二开关管（Ｓ２）、第三开关管（Ｓ３）以及第四开关管（Ｓ４）组成的桥式逆变电路；　　其特征在于：所述可变负载（ＲＬ）的高电平端连接有电压检测单元（３），该电压检测单元（３）的输出端连接有ＲＦ发射机（４），该ＲＦ发射机（４）与ＲＦ接收机（５）无线连接，所述ＲＦ接收机（５）的输出端与电压比较单元（６）的第一输入端连接，该电压比较单元（６）的第二输入端还连接有标准参考电压（Ｕｒｅｆ），该电压比较单元（６）的输出端连接有软开关工作点选择单元（７），该软开关工作点选择单元（７）的输出端连接有信号分频单元（８），该信号分频单元（８）的输出端连接有驱动电路（９），该驱动电路（９）输出的４路驱动信号分别连接在所述第一开关管（Ｓ１）、第二开关管（Ｓ２）、第三开关管（Ｓ３）以及第四开关管（Ｓ４）的驱动端上。

【技术特征摘要】
一种用于非接触式能量传输系统的功率控制电路，包括直流电源(Edc)、逆变器(1)、原边谐振电路(Lp、Cp)、副边谐振电路(Ls、Cs)、整流滤波电路(2)以及可变负载(RL)，所述逆变器(1)为第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)以及第四开关管(S4)组成的桥式逆变电路；其特征在于所述可变负载(RL)的高电平端连接有电压检测单元(3)，该电压检测单元(3)的输出端连接有RF发射机(4)，该RF发射机(4)与RF接收机(5)无线连接，所述RF接收机(5)的输出端与电压比较单元(6)的第一输入端连接，该电压比较单元(6)的第二输入端还连接有标准参考电压(Uref)，该电压比较单元(6)的输出端连接有软开关工作点选择单元(7)，该软开关工作点选择单元(7)的输出端连接有信号分频单元(8)，该信号分频单元(8)的输出端连接有驱动电路(9)，该驱动电路(9)输出的4路驱动信号分别连接在所述第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)以及第四开关管(S4)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐春森，孙跃，苏玉刚，戴欣，王智慧，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]