本发明专利技术公开了一种磁场耦合式非接触电能传输装置，其包括相互独立的电能发射部分和电能接收部分，其中，电能发射部分中原边全桥开关电路、扫频发生电路、原边开关管电流过零检测电路、原边斜坡信号发生电路、输入限流控制电路和原边PWM驱动控制电路集成在一原边高功率密度集成芯片中，电能接收部分中副边同步整流全桥开关电路、同步整流控制电路、副边开关管电流过零检测电路、副边斜坡信号发生电路、恒流/恒压控制电路和副边PWM驱动控制电路集成在一副边高功率密度集成芯片中。该装置通过初始工作时自动扫频过程以捕捉系统谐振频率点，并保证系统始终工作在谐振状态，提高电能传输效率。本发明专利技术的磁场耦合式非接触电能传输装置采用单芯片封装结构，在实现低成本的基础上，满足了高效率、高稳定性的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种磁场耦合式非接触电能传输装置。
技术介绍
磁场耦合式非接触电能传输系统主要适用于矿井、水下作业等各类环境恶劣的工作场合，以实现安全的电气屏蔽隔离，避免漏电、短路以及火灾等各种事故带来的损失。除此之外，其本身新颖，便捷的能量传输模式也充分迎合了目前民用消费类电子产品市场在创新、个性等方面逐渐提高的要求。但由于磁场耦合式非接触能量传输系统的原、副边磁场耦合效果较差，系统工作对原边能量发射和副边能量接收的摆放位置非常敏感，同时即便能够实现均勻的磁场发射平台，由于其原副边磁场耦合系数较低，漏感较大，能量传输效率普遍较低。为此，一般要采用合理的控制方案使系统原、副边能处于谐振工作状态，提高传输效率，目前，常采用两种基本的控制模式控制模式定频和变频控制模式。定频控制模式中， 实际工作时电路元器件不可避免地会因为损耗产生温升，导致副边实际工作谐振频率发生变化，原副边电路不同谐，使得电能传输受损。变频控制可以通过实时控制原边谐振频率， 使其跟踪副边谐振电路频率，使得原副边电路同谐，获得最大电能传输。但在变频控制中， 电源输入电压和输入电流间的相位角与频率的关系很可能出现分歧现象，引起系统不稳定。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种磁场耦合式非接触电能传输装置，在系统初始工作时通过对系统频率的调节过程捕捉系统谐振工作频率点，之后，通过调节控制使系统原、副边电流、电压保持同相，系统能始终保持谐振工作状态，系统传输效率达到最高。本专利技术所述的一种磁场耦合式非接触电能传输装置，包括相互独立的电能发射部分和电能接收部分，其中，所述电能发射部分包括原边全桥开关电路、原边PWM驱动控制电路、谐振电容和原边发射绕组，所述电能接收部分包括副边同步整流全桥开关电路、副边 PWM驱动控制电路和副边接收绕组，其特征在于，所述电能发射部分进一步包括扫频发生电路、原边开关管电流过零检测电路、输入限流电路和原边斜坡信号发生电路，所述扫频发生电路产生开关脉冲信号，用于控制原边全桥开关电路中第一下管和第二下管的状态，以从高频至低频的调节过程调节所述第一下管和第二下管的工作频率；所述原边开关管电流过零检测电路，检测所述原边全桥开关电路中第一下管和第二下管电流，当所述第一下管和第二下管电流到达零值时，产生电流过零脉冲信号；当所述原边开关管电流过零检测电路产生的电流过零脉冲信号迟于所述扫频发生电路产生的开关脉冲信号输出时，所述开关脉冲信号控制所述第一下管和第二下管的关断动作，在延时一定的死区时间后，导通原边全桥开关电路中第一上管和第二上管；当所述原边开关管电流过零检测电路产生的电流过零脉冲信号先于所述扫频发生电路产生的开关脉冲信号输出时，所述电流过零脉冲信号控制所述第一下管和第二下管的关断动作，在延时所述死区时间后，导通原边全桥开关电路第一上管和第二上管；此时所述磁场耦合式非接触电能传输装置的工作频率到达系统谐振频率点；所述输入限流电路与所述原边全桥开关电路、原边PWM驱动控制电路相连接，其接收全桥开关电路中第一上管电流信号，产生第二误差放大电压信号并传输至所述原边 PWM驱动控制电路以控制所述原边全桥开关电路中第一上管和第二上管的关断动作，从而限制输入电流的大小；所述原边斜坡信号发生电路根据所述扫频发生电路产生的开关脉冲信号和所述原边开关管电流过零检测电路产生的电流过零脉冲信号的优先级竞争来产生一峰值恒定的原边斜坡电压信号，并与输入限流电路的第二误差放大电压信号共同输入至所述原边 PWM驱动控制电路以控制所述原边全桥开关电路第一上管和第二上管的关断动作，延迟死区时间后产生原边全桥开关电路第一下管和第二下管的导通信号。进一步的，所述扫频发生电路包括第一可调电流源、第一开关管、第一电容、第一比较器、单脉冲发生电路和分频器，所述第一可调电流源用以给所述第一电容提供充电电流，所述第一开关管与所述第一电容并联，通过控制所述第一开关管的关断与导通以控制所述第一电容的充放电动作，使得所述第一电容两端产生第三斜坡电压信号；所述第一比较器接收所述第三斜坡电压信号与第一基准电压信号进行比较，产生第一比较脉冲信号；所述单脉冲发生电路接收所述第一比较脉冲信号，产生一单脉冲信号以控制所述第一开关管的开关动作；所述分频器接收所述第一比较脉冲信号，产生两路开关脉冲信号传输给所述原边开关管电流过零检测电路。进一步的，所述原边开关管电流过零检测电路包括原边第一下管电流过零检测电路和原边第二下管电流过零检测电路，所述原边第一下管电流过零检测电路用以检测所述原边全桥开关电路中第一下管电流过零点；所述原边第二下管电流过零检测电路用以检测所述原边全桥开关电路中第二下管电流过零点。进一步的，所述原边第一下管电流过零检测电路包括第一电流采样电路、第二比较器、第一选择电路和第一 RS触发器，所述第一电流采样电路采样所述原边全桥开关电路中第一下管电流，产生第一采样电压信号；所述第二比较器接收所述第一采样电压信号与基准零电压信号，产生原边第一电流过零脉冲信号；所述第一选择电路接收所述原边第一电流过零脉冲信号与所述扫频发生电路输出的第一路开关脉冲信号，通过优先级竞争产生一复位信号；所述第一 RS触发器接收所述复位信号和所述原边PWM驱动控制电路产生的延迟信号作为置位信号，产生开关信号以控制所述原边全桥开关电路中第一下管的关断和导通。优选的，所述第一选择电路用以判断所述原边第一电流过零脉冲信号和所述第一路开关脉冲信号的输出优先级，当第一路开关脉冲信号先于原边第一电流过零脉冲信号输出时，根据第一路开关脉冲信号产生所述的复位信号；当原边第一电流过零脉冲信号先于第一路开关脉冲信号输出时，根据原边第一电流过零脉冲信号产生所述的复位信号。进一步的，所述原边第二下管电流过零检测电路包括第二电流采样电路、第三比较器、第二选择电路和第二 RS触发器，所述第二电流采样电路采样所述原边全桥开关电路中第二下管电流，产生第二采样电压信号；所述第三比较器接收所述第二采样电压信号与基准零电压信号，产生原边第二电流过零脉冲信号；所述第二选择电路接收所述原边第二电流过零脉冲信号与所述扫频发生电路输出的第二路开关脉冲信号，通过优先级竞争产生一复位信号；所述第二 RS触发器接收所述复位信号和所述原边PWM驱动控制电路产生的延迟信号作为置位信号，产生开关信号以控制所述原边全桥开关电路中第二下管的关断和导ο优选的，所述第二选择电路用以判断所述原边第二电流过零脉冲信号和所述第二路开关脉冲信号的输出优先级，当第二路开关脉冲信号先于原边第二电流过零脉冲信号输出时，根据第二路开关脉冲信号产生所述的复位信号；当原边第二电流过零脉冲信号先于第二路开关脉冲信号输出时，根据原边第二电流过零脉冲信号产生所述的复位信号。进一步的，所述原边斜坡信号发生电路包括第二可调电流源、第二开关管、第二电容、第一采样保持电路、第一跨导运算放大器和第一补偿电路，所述第二可调电流源给所述第二电容提供充电电流，所述第二开关管与所述第一选择电路、第二选择电路相连，用以接收控制第一下管和第二下管关断的脉冲信号，通过控制第二开关管的关断与导通以控制所述第二电容充放电动作，使得在所述第二电容两端产生第一斜坡电压信号，即所述的原边本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种磁场耦合式非接触电能传输装置，包括相互独立的电能发射部分和电能接收部分，其中，所述电能发射部分包括原边全桥开关电路、原边ＰＷＭ驱动控制电路、谐振电容和原边发射绕组，所述电能接收部分包括副边同步整流全桥开关电路、副边ＰＷＭ驱动控制电路和副边接收绕组，其特征在于，所述电能发射部分进一步包括扫频发生电路、原边开关管电流过零检测电路、输入限流电路和原边斜坡信号发生电路，所述扫频发生电路产生开关脉冲信号，用于控制原边全桥开关电路中第一下管和第二下管的状态，以从高频至低频的调节过程调节所述第一下管和第二下管的工作频率；所述原边开关管电流过零检测电路，检测所述原边全桥开关电路中第一下管和第二下管电流，当所述第一下管和第二下管电流到达零值时，产生电流过零脉冲信号；当所述原边开关管电流过零检测电路产生的电流过零脉冲信号迟于所述扫频发生电路产生的开关脉冲信号输出时，所述开关脉冲信号控制所述第一下管和第二下管的关断动作，在延时一定的死区时间后，导通原边全桥开关电路中第一上管和第二上管；当所述原边开关管电流过零检测电路产生的电流过零脉冲信号先于所述扫频发生电路产生的开关脉冲信号输出时，所述电流过零脉冲信号控制所述第一下管和第二下管的关断动作，在延时所述死区时间后，导通原边全桥开关电路第一上管和第二上管；此时所述磁场耦合式非接触电能传输装置的工作频率到达系统谐振频率点；所述输入限流电路与所述原边全桥开关电路、原边ＰＷＭ驱动控制电路相连接，其接收全桥开关电路中第一上管电流信号，产生第二误差放大电压信号并传输至所述原边ＰＷＭ驱动控制电路以控制所述原边全桥开关电路中第一上管和第二上管的关断动作，从而限制输入电流的大小；所述原边斜坡信号发生电路根据所述扫频发生电路产生的开关脉冲信号和所述原边开关管电流过零检测电路产生的电流过零脉冲信号的优先级竞争来产生一峰值恒定的原边斜坡电压信号，并与输入限流电路的第二误差放大电压信号共同输入至所述原边ＰＷＭ驱动控制电路以控制所述原边全桥开关电路第一上管和第二上管的关断动作，延迟死区时间后产生原边全桥开关电路第一下管和第二下管的导通信号。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵晨，
申请(专利权)人：杭州矽力杰半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86
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