[发明专利]一种单管逆变恒流-恒压无线充电装置及方法

说明书

本发明属于电池无线充电技术领域，涉及一种新型的单管逆变恒流‑恒压无线充电装置及方法，摒弃现有技术中全桥电路的四个开关管和复杂的闭环控制流程，通过将由恒流模式下开关频率f_CC切换至恒压模式下开关频率f_CV实现由恒流输出模式到恒压输出模式的切换的方法；其结构简单，控制方便，开关损耗低，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：

本发明属于电池无线充电技术领域，涉及一种新型的单管逆变恒流-恒压无线充电装置及方法，摒弃现有技术中全桥电路的四个开关管和复杂的闭环控制流程。

背景技术：

目前，对于感应电能传输(Inductively Power Transfer，IPT)系统的恒流-恒压拓扑的研究大多只停留在全桥电路上。由于单管电路结构的特殊性，目前现有的适用于全桥电路的双边LCC补偿网络并不能适用于单管电路，且在全桥电路上的恒流-恒压补偿拓扑的分析过程和参数计算极为繁琐、复杂；在成本、电路工作的可靠性、闭环控制策略的难易度上远不及单管IPT系统。因此，在单管电路上研究恒流-恒压输出有很大的应用开发价值，亟需设计一种新型的单管逆变恒流-恒压无线充电装置及其控制方法，通过在单管电路上引入一种新的P-CLCL补偿网络，并通过合理的补偿网络参数设计，在单管电路上实现恒流-恒压输出。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，设计提供一种新型的单管逆变恒流-恒压无线充电装置及方法，弥补无法利用单管电路实现恒流-恒压输出的研究空白这一现状，通过将由恒流模式下开关频率f_CC切换至恒压模式下开关频率f_CV实现由恒流输出模式到恒压输出模式的切换的方法。

为了实现上述目的，本发明所述单管逆变恒流-恒压无线充电装置的主体结构包括第一工频整流桥、第一工频滤波电容、第一P补偿网络、第二CLCL补偿网络、第二高频整流桥、第二高频滤波电容、蓄电池、原边控制电路和副边检测电路；其中原边控制电路由原边电压检测电路、原边无线通信电路、原边单片机控制电路、开关管驱动电路和原边辅助电源组成，副边检测电路由电压采样电路、电流采样电路、副边辅助电源、副边单片机控制电路和副边无线通信电路组成，第一工频整流桥、第一工频滤波电容和第一P补偿网络依次按照电学原理进行连接，原边线圈的自感与第一P补偿网络的输出端相连，副边线圈的自感与第二CLCL补偿网络的输入端相连，原边线圈的自感与副边线圈的自感之间形成线圈与副边线圈之间的互感，且副边线圈的自感、副边线圈的自感、线圈与副边线圈之间的互感组成松耦合变压器；第二高频整流桥的两端分别与第二CLCL补偿网络和第二高频滤波电容相连，蓄电池与第二高频滤波电容相连，原边辅助电源与第一工频滤波电容的输出端相连，原边辅助电源分别与无线通信电路、原边单片机控制电路、开关管驱动电路相连，原边单片机控制电路分别与原边电压检测电路、原边无线通信电路和开关管驱动电路相连，蓄电池分别与电压采样电路、电流采样电路、副边辅助电源相连，副边单片机控制电路分别与电压采样电路、电流采样电路、副边辅助电源和副边无线通信电路相连，工频交流电经第一工频整流桥、第一工频滤波电容整流滤波后转换成直流电压，为主电路提供能量来源，通过开关管的开通和关断动作将整流滤波得到的直流电压逆变成高频交流电，施加在原边谐振电容的两端，然后经由第一P补偿网络、松耦合变压器、第二CLCL补偿网络后输出一高频交流电，再经第二高频整流桥、第二高频滤波电容转换成直流电，为蓄电池供电；当蓄电池的电压被充为设定值时，切换开关频率，完成恒流充电模式到恒压充电模式的转换。

本发明实现恒流-恒压充电的具体过程为：

(1)启动交流电源，交流电经第一工频整流桥和第一工频滤波电容整流滤波后为原边辅助电源供电，以使原边控制电路正常工作；由副边输出负载电压为副边辅助电源供电，以使副边状态检测电路正常工作；