[发明专利]一种单级全桥恒流恒压无线充电装置及其控制方法

说明书

本发明属于电学技术领域，涉及一种单级全桥恒流恒压无线充电装置及其控制方法，主体结构包括LC滤波电路、单级全桥变换电路、原边谐振网络、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，采用非对称占空比控制和非对称电压消除控制两种方式实现恒流恒压无线充电的控制，功率损耗低，可靠性高，而且成本低，功率密度高，能够满足蓄电池的恒流恒压充电要求，有实际应用价值，可广泛应用于中大功率无线充电。

技术领域：

本发明属于电学技术领域，涉及一种单级全桥恒流恒压无线充电装置及其控制方法，即一种可对蓄电池进行恒流恒压无线充电的单级全桥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(inductive power transfer)技术的恒流恒压充电系统普遍采用两级变换(AC-DC-AC)结构的原边变换电路来产生高频交流输入，还未见使用单级变换(AC-AC)结构的原边变换电路来实现恒流恒压无线充电的相关文献或公开使用。相比于单级全桥变换电路，两级变换结构的变换电路会产生更多功率损耗，使用的器件也更多，增加了无线充电系统的成本、尺寸和重量。因此设计一种适用于中大功率场景且具有成本低、损耗小、功率密度高、便于大规模推广等特点的基于单级全桥变换电路的恒流恒压无线充电装置及其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，解决目前恒流恒压无线电能传输电路的原边变换器无法采用单级变换结构的问题，提供一种使用单级全桥变换电路且通过改变原副边串联补偿电容的大小实现恒流充电模式到恒压充电模式切换的无线充电装置及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明所述使用单级全桥变换电路实现恒流恒压无线充电装置的主体结构包括LC滤波电路、单级全桥变换电路、原边谐振网络、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；LC滤波电路由第一电感和第一电容组成低通滤波器，滤除输入电流中的高次谐波；单级全桥变换电路由四个场效应管、两个二极管、一个储能电容和一个升压电感按照电学原理连接组成，将220V工频交流电变换为高频交流电；原边谐振网络由发射线圈、原边串联补偿电容、第二电容和原边继电器按照电学原理连接组成；副边谐振网络由接收线圈、副边串联补偿电容、第三电容和副边继电器按照电学原理连接组成；第一电感的两端分别与交流电源的正极和第一电容的正极相连，第一电容的负极与交流电源的负极相连，交流电源提供的220V工频交流电依次经LC滤波电路和单级全桥变换电路后将工频交流电变为高频交流电；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，感应出的电流依次经过副边谐振网络、高频整流桥和高频滤波电容后变为蓄电池充电所需的直流电；原边反馈控制电路包括原边驱动电路、输入电压采样电路、原边无线通信电路、原边单片机电路、原边电压采样电路和原边辅助电源；输入电压采样电路与输入交流电源的正极相连接，检测输入交流电压的极性；原边电压采样电路与单级全桥变换电路中储能电容的正极相连接，检测储能电容两端的电压；原边驱动电路分别与单级全桥变换电路中四个场效应管的栅极和原边继电器相连接；原边单片机电路分别与原边驱动电路、输入电压采样电路、原边无线通信电路、原边电压采样电路和原边辅助电源相连接；原边辅助电源为原边驱动电路、输入电压采样电路、原边无线通信电路、原边单片机电路和原边电压采样电路供电；原边单片机电路根据原边无线通信电路接收到的通信信号输出场效应管和原边继电器的驱动信号，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副边驱动电路、副边无线通信电路、副边单片机电路、副边电压采样电路、副边电流采样电路和副边辅助电源；副边电压采样电路和副边电流采样电路与蓄电池的正极相连接，检测蓄电池两端的电压和流过蓄电池的电流；副边驱动电路和副边继电器相连接；副边单片机电路分别与副边驱动电路、副边无线通信电路、副边电压采样电路、副边电流采样电路和副边辅助电源相连接；副边辅助电源为副边驱动电路、副边无线通信电路、副边单片机电路、副边电压采样电路和副边电流采样电路供电；副边单片机电路根据副边电压采样电路和副边电流采样电路得到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。