[发明专利]一种无线充电电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种无线充电电路及其控制方法。

背景技术

近年来，无线电能传输技术取得了飞速发展，特别是磁耦合方式的无线输电技术。此方式通过功率收发线圈的磁场耦合传递能量，原副边加入补偿网络，提高传输功率和效率。磁耦合无线输电技术已经在小功率的便携式电子设备(例如手机和笔记本)和电动汽车无线充电场合得到成功应用。然而这些应用产品要求原副边实时双向通信，收发线圈必须有一定的对准操作，保证在较小偏移范围。这是因为现有无线输电电路的传输功率极易受到传输距离(或者偏移距离)变化的影响。由于磁耦合方式是通过发射和接收线圈之间的高频磁场耦合传递电能，当传输距离变化时，收发线圈的磁耦合程度会发生剧烈变化，从而影响电路的无线输电性能。因而传输功率容易随传输距离变化而剧烈波动，特别是当采取定频工作方式时，传输距离增加会使得传输功率大幅度下降。

这种相对距离和方位的限制以及原副边通信的要求极大削弱了现有无线充电技术带来的无线便捷优势。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种无线充电电路及其控制方法，旨在解决现有无线输电电路中传输功率容易随传输距离(或者偏移距离)变化而剧烈波动的问题。

本发明提供了一种无线充电电路，包括直流电源、高频逆变单元、原边补偿单元、副边补偿单元，不控整流单元和功率控制单元；所述高频逆变单元的输入端连接所述直流电源，用于将所述直流电源提供的稳定的直电压V_d逆变为高频电压方波，所述原边补偿单元的输入端连接至所述高频逆变单元的输出端，所述副边补偿单元的输出端连接至所述不控整流单元的输入端，所述不控整流单元的输出端用于连接负载；所述功率控制单元的输入端连接至所述原边补偿单元的电流反馈端，所述功率控制单元的输出端连接至所述高频逆变单元的控制端；所述原边补偿单元的输出端与所述副边补偿单元的输入端通过高频磁场耦合，电能从所述原边补偿单元的输出端传递到所述副边补偿单元的输入端。

其中，所述原边补偿单元包括依次串联连接的第一谐振电容C₁和功率发射线圈；所述副边补偿单元包括依次串联连接的第二谐振电容C₂和功率接收线圈；所述功率发射线圈与所述功率接收线圈通过高频磁场耦合，电能从原边传递到副边。

其中，所述原边补偿单元和所述副边补偿单元的自由谐振频率fres=1/2πLC]]>保持相同。

其中，所述功率控制单元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。

本发明还提供了一种基于上述的无线充电电路的控制方法，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；