[发明专利]一种带有上拉辅助开关的感应耦合电能传输装置及控制方法

权利要求书

1.一种带有上拉辅助开关的感应耦合电能传输装置的控制方法，其特征在于：具体控制过程包括以下步骤：

(1)、先根据负载选择控制方式和补偿结构，若负载需要恒压供电，则切换成第一副边补偿电容，即采用原边并联副边串联补偿结构，选择恒压控制方法；若负载需要恒流供电，则切换成第二副边补偿电容，即采用原边并联副边并联补偿结构，选择恒流控制方法；若既不选择恒压供电，也不选择恒流供电，则整个装置待机，直至选择供电方式；

(2)、若选择恒压供电，先采用脉冲宽度调制软启动，给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电压达到设定电压，当装置输出电压不稳定时，通过脉冲频率调制控制稳定输出电压；采样电路将检测到的输出电压信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电压的变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路调整装置的开关频率；若输出电压变大，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电压减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电压；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，然后检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电压，重复上述步骤；

(3)、若选择恒流供电，先采用PWM软启动，给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电流达到设定电流，当装置输出电流不稳定时，通过PFM控制稳定输出电流，采样电路将检测到的输出电流信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电流的不同变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路调整装置的开关频率，若输出电流变大，第二单片机控制电路会通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电流减小，第二单片机控制电路会通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，稳定装置的输出电流；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加时，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，然后检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通；当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，实现零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电流，重复上述步骤；整个装置通过变频+变占空比的控制方式稳定输出电压或输出电流，同时使主开关管和辅助开关管实现零电压开通，达到感应耦合电能传输调控的目的。

2.根据权利要求1所述带有上拉辅助开关的感应耦合电能传输装置的控制方法，其特征在于所述带有上拉辅助开关的感应耦合电能传输装置是在现有ICPT装置用LC谐振单管逆变双极性逆变电路拓扑中增加一组上拉辅助开关支路，具体结构包括第一整流桥、L₁C₁滤波电路、主开关管、第一二极管、上拉辅助开关支路、谐振耦合电路、第二整流桥、第二滤波电容、等效负载、原边控制电路和副边控制电路，220V交流电经第一整流桥、L₁C₁滤波电路后转换成直流电压，主开关管、第一二极管和上拉辅助开关支路将直流电逆变成高频交流电，高频交流电施加在谐振耦合电路中原边电感的两端，谐振耦合电路中副边电感两端感应出电压，副边电感两端电压经第二整流桥、第二滤波电容后转换成直流电，为等效负载供电；第一整流桥将工频交流电进行整流，L₁C₁滤波电路由滤波电感和第一滤波电容串联组成，用于工频滤波；主开关管、第一二极管和上拉辅助开关支路用于实现电能逆变，第一二极管为主开关管的反并联二极管；辅助开关管、第二二极管和钳位电容按照电学原理组成上拉辅助开关支路，用于降低主开关管漏源两端的电压，其中第二二极管为辅助开关管的反并联二极管；辅助开关管和主开关管开关频率相同，辅助开关管和主开关管的导通存在死区，辅助开关管的导通时间短，导通损耗小；谐振耦合电路由原边补偿电容、原边屏蔽层、原边电感、副边电感、副边屏蔽层、第一副边补偿电容或第二副边补偿电容电连接组成，用于将能量从原边传递到副边，从而为等效负载供电，其中原边电感和副边电感之间的互感随原边电感和副边电感之间的传输距离而变化；原边屏蔽层和副边屏蔽层用于提高装置耦合系数和传输效率，能减弱原边电感和副边电感对原、副边电路板的电磁干扰；第一副边补偿电容和第二副边补偿电容能够互相切换，若切换成第一副边补偿电容，则原边补偿电容和第一副边补偿电容组成原边并联副边串联补偿结构输出表现为恒压源，适用于需要恒压供电的设备，若切换成第二副边补偿电容，则原边补偿电容和第二副边补偿电容组成原边并联副边并联补偿结构输出表现为恒流源，适用于需要恒流供电的设备；第二整流桥将高频交流电进行整流，第二滤波电容用于高频滤波，等效负载为容性负载或感性负载；原边控制电路包括第一单片机控制电路、驱动电路、第一辅助电源、第一无线通信电路、第一电压检测电路、遥控器和第二电压检测电路，控制主开关管和辅助开关管实现零电压开通，使整个装置输出电压稳定或输出电流稳定，其中，第一单片机控制电路根据第一无线通信电路接收到的通信信号、第一电压检测电路检测到的主开关管的电压信号和第二电压检测电路检测到的钳位电容的电压信号，分别输出主开关管和辅助开关管的控制信号，控制信号经驱动电路隔离放大后驱动主开关管和辅助开关管；第一辅助电源为第一单片机控制电路和驱动电路供电；第一无线通信电路接收第二无线通信电路发出的反馈信号和遥控器发出的控制信号，第一无线通信电路能向遥控器发射装置运行状态信号；第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压；遥控器根据接收到的第一无线通信电路发出的装置运行状态信号，显示装置输出电压、输出电流及是否实现零电压开通，遥控器向第一无线通信电路发射控制信号，使第一单片机控制电路选择恒压控制或恒流控制；第二电压检测电路检测钳位电容两端的电压，当检测到钳位电容两端的电压增加时，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，当钳位电容两端的电压增加时，原边电感通过第二二极管为钳位电容充电，第二二极管导通，辅助开关管漏源两端的电压为0，辅助开关管实现零电压开通；副边控制电路由采样电路、第二单片机控制电路、第二辅助电源和第二无线通信电路组成，用于给原边控制电路发射反馈信号，采样电路检测装置的输出电压和输出电流；第二单片机控制电路根据接收到的采样电路的信号，控制第二无线通信电路向第一无线通信电路发射反馈信号；第二辅助电源为第二单片机控制电路供电。