[发明专利]一种无线充电电路及其控制方法

权利要求书

1.一种无线充电电路，其特征在于，包括直流电源(1)、高频逆变单元(2)、原边补偿单元(3)、副边补偿单元(4)，不控整流单元(5)和功率控制单元(7)；

所述高频逆变单元(2)的输入端连接所述直流电源(1)，用于将所述直流电源(1)提供的稳定的直电压V_d逆变为高频电压方波；

所述原边补偿单元(3)的输入端连接至所述高频逆变单元(2)的输出端；

所述副边补偿单元(4)的输出端连接至所述不控整流单元(5)的输入端，所述不控整流单元(5)的输出端用于连接负载(6)；

所述功率控制单元(7)的输入端连接至所述原边补偿单元(3)的电流反馈端，所述功率控制单元(7)的输出端连接至所述高频逆变单元(2)的控制端；

所述原边补偿单元(3)的输出端与所述副边补偿单元(4)的输入端通过高频磁场耦合，电能从所述原边补偿单元(3)的输出端传递到所述副边补偿单元(4)的输入端。

2.如权利要求1所述的无线充电电路，其特征在于，所述原边补偿单元(3)包括依次串联连接的第一谐振电容C₁和功率发射线圈(8)；所述副边补偿单元(4)包括依次串联连接的第二谐振电容C₂和功率接收线圈(9)；所述功率发射线圈(8)与所述功率接收线圈(9)通过高频磁场耦合，电能从原边传递到副边。

3.如权利要求2所述的无线充电电路，其特征在于，所述原边补偿单元(3)和所述副边补偿单元(4)的自由谐振频率保持相同。

4.如权利要求1所述的无线充电电路，其特征在于，所述功率控制单元(7)包含依次串联连接的电流采样电路、最大功率跟踪控制器和开关管驱动电路；所述电流采样电路用于采集原边电流I₁的当前值I₁(k)，最大功率跟踪控制器用于对原边电流的采样值进行处理并输出步长调频控制信号，所述开关管驱动电路用于根据所述步长调频控制信号输出开关管控制信号。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的无线充电电路的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：在每个控制周期T_s起始时刻，对原边电流I₁的幅值进行采样，获取原边电流I₁的当前值I₁(k)，并保存上个控制周期的原边电流的采样值I₁(k-1)；

S2：判断工作频率f(k)是否在(f_min，f_max)内，若是，则转入步骤S3；若否，则调频步长反向，即Δf_k+1＝-Δf_k，并进入到步骤S6；

其中，f_min为工作频率的下限值，f_max为工作频率的上限值，Δf_k为本次控制周期的调频步长，Δf_k+1为下次控制周期的调频步长；

S3：判断当前控制周期的原边电流的采样值I₁(k)是否大于上个控制周期的原边电流的采样值I₁(k-1)，若是，则调频步长Δf_k保持不变，即Δf_k+1＝Δf_k，并进入步骤S6；若否，则转入步骤S4；

S4：判断|I₁(k)-I₁(k-1)|>ΔI_set，若是，则将调频步长调节为Δf_k+1＝-sign(Δf_k)×Δf₀/2，并进入步骤S6，若否，则转入步骤S5；

其中，ΔI_set为设定的电流波动阈值，Δf₀为初始调频步长，sign(Δf_k)表示取Δf_k正负符号操作；

S5：判断|Δf_k|≤Δf_min，若是，则保持最小调频步长并反向，Δf_k+1＝-sign(Δf_k)×Δf_min；若否，则调频步长Δf_k减半并改变调频方向，即Δf_k+1＝-Δf_k/2，并转入步骤S6；

其中，Δf_min为最小调频步长；

S6：在控制周期T_s结束时刻，调节工作频率f(k+1)＝f(k)+Δf_k+1；返回至步骤S1并进入下一个控制周期。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，ΔI_set为设定的电流波动阈值，其值表明在传输距离(或者偏移距离)发生了剧烈变化瞬间对应的原边电流I₁变化量，一般设定为原边电流I₁额定值的五分之一。