[发明专利]一种单级式高阶补偿恒流恒压无线充电装置及方法

说明书

本发明属于电学技术领域，涉及一种单级式高阶补偿恒流恒压无线充电装置及方法，主体结构包括L₁C₁滤波电路、全桥型AC‑AC谐振变换器、第一高阶谐振网络、发射线圈、接收线圈、第二高阶谐振网络、高频整流电路、滤波电容、原边控制电路、副边控制电路和蓄电池；第一高阶谐振网络和第二高阶谐振网络有多种结构，在开关管工作频率固定的情况下切换高阶补偿拓扑实现恒流模式到恒压模式进行充电，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，有实际应用价值，可广泛应用于无线充电领域。

技术领域：

本发明属于电学技术领域，涉及一种单级式高阶补偿恒流恒压无线充电装置 及方法，特别是一种可对蓄电池进行恒流恒压无线充电的单级实现高阶补偿感应 耦合电能传输装置及方法。

背景技术：

目前，基于感应耦合无线电能传输(Inductively Coupled Power Transfer，ICPT) 技术的恒流-恒压充电系统的主电路拓扑大多采用全桥电压型逆变电路，一般至 少要经过三级功率变换，即工频整流、逆变、高频整流，来得到理想的直流输出， 还未见基于单级实现恒流-恒压无线电能传输的相关文献或公开使用，传统的三 级功率变换方式，即使每一级的传输效率很高，系统整体效率也不能达到很高的 水平。因此，设计一种单级功率变换的恒流-恒压无线充电系统以实现系统整体 效率的大幅度提高具有非常大的实用价值，且为了适应磁耦合器参数固定的情况 下增益可调节，设计专门针对单级实现的恒流恒压无线充电装置的高阶补偿网络。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，弥补当前没有单级实现高阶补偿 恒流-恒压无线电能传输的空白，设计提供多种在开关管工作频率固定的情况下 切换高阶补偿拓扑实现恒流模式到恒压模式的无线充电装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明所述单级式高阶补偿恒流恒压无线充电装置的主 体结构包括L₁C₁滤波电路、全桥型AC-AC谐振变换器、第一高阶谐振网络、发 射线圈、接收线圈、第二高阶谐振网络、高频整流电路、滤波电容、原边控制电 路、副边控制电路和蓄电池；220伏工频交流电经L₁C₁滤波电路以后进入全桥 型AC-AC谐振变换器，产生高频交流电；高频交流电经过第一高阶谐振网络施 加在发射线圈两端，并在接收线圈两端感应出电流，该电流经过第二高阶谐振网 络、高频整流电路和滤波电容后变为所需要的直流电，供给蓄电池进行充电； L₁C₁滤波电路由第一电感和第一电容连接组成低通滤波器，滤除高次谐波；全桥型AC-AC谐振变换器为四个开关管组成的全桥结构，中间连接第二电容，全 桥结构的前桥臂连接两个二极管，用于改变电能的频率和幅值；第一高阶谐振网 络由第三电感、第三电容、第四电容从左到右按T型结构连接，用于补偿发射 线圈的无功环流，第一高阶谐振网络的前端与全桥型AC-AC谐振变换器的输出 端相连，后端与发射线圈相连接；由于磁场耦合作用，发射线圈将电能传输到接 收线圈；第二高阶谐振网络由第五电容、第六电容和第四电感左到右按T型结 构连接，两端分别与接收线圈和高频整流电路相连接，用于补偿接收线圈的无功 环流，第二高阶谐振网络上设有继电器模块，继电器模块包括继电器的驱动电路， 用于控制第二高阶谐振网络中的开关；高频整流电路由四个二极管组成全桥整流电路，前端与第二高阶谐振网络的输出端相连，后端通过滤波电容与蓄电池相连， 高频整流电路和滤波电容将交流电变为直流电并向蓄电池充电；原边控制电路包 括第一单片机控制电路、第一驱动电路、第一辅助电源、第一无线通信电路、第 一电压检测电路、第二电压检测电路；第一驱动电路与分别与四个开关管的栅极 相连，第一辅助电源、第一电压检测电路分别与交流电源相连，第二电压检测电 路与全桥型AC-AC谐振变换器中的第二电容相连；第一单片机控制电路分别与 第一驱动电路、第一辅助电源、第一无线通信电路、第一电压检测电路、第二电 压检测电路连接；第一辅助电源为第一无线通信电路、驱动电路、第一单片机控 制电路供电；第一单片机控制电路根据第一电压检测电路和第二电压检测电路输 出全桥型AC-AC谐振变换器中前桥臂两个开关管的驱动信号，根据第一电压检 测电路与第一无线通讯电路输出全桥型AC-AC谐振变换器中后桥臂两个开关管 的驱动信号，驱动信号进入第一驱动电路进行放大；第一电压检测电路用于检测 交流电源的极性，第二电压检测电路用于检测第二电容的电压，并将信号送入第 一单片机控制电路；副边控制电路包括采样电路、第二单片机控制电路、第二辅 助电源及第二无线通信电路、第二驱动电路；采样电路与蓄电池正极相连，检测 蓄电池的输出电压和输出电流；第二单片机控制电路分别与采样电路、第二辅助 电源和第二无线通信电路、第二驱动电路相连；第二辅助电源与第三电感相连， 为采样电路、第二单片机控制电路和第二无线通信电路及第二驱动电路供电；第 二单片机控制电路根据接收到的采样电路的电压电流信号，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。