[发明专利]一种通过副边补偿网络切换实现单管逆变恒流恒压无线充电的装置及方法

说明书

本发明属于电学技术领域，涉及一种通过副边补偿网络切换实现单管逆变恒流恒压无线充电的装置及方法，工频交流电经工频整流桥及工频滤波电容以后，将工频交流电变为直流电，然后工作场效应管将直流电逆变为高频交流电；高频交流电施加在原边谐振网络的发射线圈两端，并在副边谐振网络的接收线圈两端感应出电流，该电流经过副边谐振网络和高频整流电路后变为所需要的直流电，供给蓄电池进行充电；控制简单，开关损耗低，而且电路结构简单，成本低，效率高，能实现对蓄电池恒流‑恒压充电的要求。

技术领域：

本发明属于电学技术领域，涉及一种通过副边补偿网络切换实现单管逆变恒流恒压无线充电的装置及方法，即一种可对蓄电池进行恒流恒压无线充电的单管逆变感应耦合电能传输装置及其控制方法。

背景技术：

目前，基于感应电能传输(Inductively Power Transfer，IPT)技术的恒流-恒压充电系统的主电路拓扑只能采用全桥或半桥逆变电路，且都是通过改变工作频率实现恒流-恒压输出，还未见基于LC谐振单管逆变电路通过副边补偿网络切换实现恒流-恒压无线充电的相关文献。相比于LC谐振单管逆变电路，全桥电压型逆变电路结构相对复杂，上下桥臂的开关管容易造成直通而烧坏，其开关器件多、控制复杂，开关损耗大；同时与切换频率相比，切换副边补偿参数的控制方法更为简易。因此设计一种适用于千瓦级以下具有电路结构简单、成本低、可靠性高、便于大规模推广的基于单管电路的恒流-恒压无线变参数充电装置及控制方法具有非常大的实用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决目前基于LC谐振单管逆变无线电能传输电路无法实现恒流-恒压输出为蓄电池无线充电的问题，提供一种通过改变单管电路副边并联补偿电容的大小实现工作状态从恒流模式到恒压模式切换的无线充电装置及方法。

为了实现上述目的，本发明所述通过副边补偿网络切换实现单管逆变恒流恒压无线充电的装置主体结构包括工频整流桥、工频滤波电容、原边谐振网络、工作场效应管、副边谐振网络、高频整流桥、高频滤波电容、蓄电池、原边反馈控制电路和副边反馈控制电路；交流电源接入工频整流桥的输入端，工频整流桥的输出+端、工频滤波电容的+端与原边谐振网络的输入端相连接，工频整流桥的输出-端、工频滤波电容的-端、工作场效应管的源极分别与原边的地线相连接，原边谐振网络的输出端与工作场效应管的漏极相连接；副边谐振网络与高频整流桥进行级联，高频整流桥的输出+端、高频滤波电容的+端与蓄电池的+极相连接，高频整流桥的输出-端、高频滤波电容的-端与蓄电池的-极相连接，工频交流电经工频整流桥及工频滤波电容以后，将工频交流电变为直流电，然后工作场效应管将直流电逆变为高频交流电；高频交流电施加在原边谐振网络的发射线圈两端，并在副边谐振网络的接收线圈两端感应出电流，该电流经过副边谐振网络和高频整流电路后变为所需要的直流电，供给蓄电池进行充电；工频整流桥将工频交流电进行整流；工频滤波电容由第一电容组成低通滤波器，滤除高次谐波；工作场效应管实现电能的高频逆变；原边谐振网络由原边补偿电容和发射线圈连接组成；由于磁场耦合作用，发射线圈将电能传输到接收线圈；副边谐振网络由接收线圈、副边补偿电容、第二电容、电感和模式切换器场效应管按照电源原理连接组成；高频整流桥将交流电变为直流电并向蓄电池充电；原边反馈控制电路包括原边辅助电源、原边无线通信电路、原边单片机电路、原边驱动电路；原边驱动电路和工作场效应管栅极相连接，原边单片机电路分别与原边驱动电路、原边辅助电源和原边无线通信电路相连接；原边辅助电源为原边无线通信电路、原边单片机控制电路、原边驱动电路供电；原边单片机控制电路根据原边无线通信电路接收到的通信信号输出工作场效应管的驱动信号，驱动信号进入原边驱动电路进行放大；副边反馈控制电路包括电压采样电路、电流采样电路、副边单片机电路、副边辅助电源、副边无线通信电路和副边驱动电路；电压采样电路和电流采样电路与蓄电池正极相连，检测主电路的输出电压和输出电流；副边单片机电路分别与电压采样电路、电流采样电路、副边辅助电源、副边驱动电路和副边无线通信电路相连；副边辅助电源为电压采样电路、电流采样电路、副边驱动电路、副边单片机电路和副边无线通信电路供电；副边单片机电路根据接收到的采样电路的电压和电流信号，控制副边无线通信电路向原边无线通信电路发射反馈信号。