[发明专利]一种浮频调谐无线充电装置

说明书

本发明一种浮频调谐无线充电装置，属于无线充电装置技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种浮频调谐无线充电装置硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括主电路单元和控制单元，所述主电路单元包括直流供电电源、高频逆变电路、原边谐振补偿电路、副边谐振补偿电路、整流电路、斩波稳压电路、负载；所述控制单元包括电流传感器、有效值计算模块、限流保护模块、电压传感器、多路选择开关、相位差计算模块、状态判断模块、相位差给定模块、频率调节模块、频率给定模块、PWM生成模块和单路选择开关；本发明应用于无线充电。

技术领域

本发明一种浮频调谐无线充电装置，属于无线充电装置技术领域。

背景技术

无线充电是指供电设备借助电感耦合，不用导线连接，将电能通过电磁场传送至用电装置的过程。无线充电技术源于无线电能传输技术，主要是利用磁场感应、磁场共振、电场感应、电磁波原理通过非物理连接方式给用户端进行电能传输，以实现给设备充电的目的。由于无线充电技术能提高电能供给的灵活性、安全性和可靠性，因而广泛应用于工业、生活的各个领域，例如手机、电动车等。

在无线充电过程中，原副边线圈偏移或接收线圈相对发射线圈出现一定的角度偏转是普遍性问题，其中偏移包括原副线圈的纵向偏移和横向偏移，此时耦合系数改变，系统的谐振频率就会有一定程度上的偏移，若此时系统开关频率未能及时调整而远离系统固有谐振频率，则系统工作在失谐状态。当系统失谐时，两侧线圈回路的等效阻抗较大，有相当一部分能量将消耗在此阻抗上，进而导致系统的传输损耗增加，传输效率降低。高频逆变电路的开关损耗也是造成无线充电装置整体效率低下的主要原因。效率较低的问题可以通过频率跟踪技术来提高，如果系统的开关频率能够稳定在谐振频率的一定范围内，系统就能够保持高效运行。传统的解决方案只是限定了这一范围，即限定了电压与电流的相位差，这样可能电压超前于电流，也可能电流超前于电压，当计算相位差时，可能出错，导致开关频率会更加远离谐振频率，从而使传输损耗增大，传输效率严重下降，而谐振补偿电路也会在容性与感性之间来回变化，高频逆变电路的开关也在电压超前于电流，电流超前于电压之间来回变化，使得开关在开通和关断时都可能是硬开关，开关损耗增大，效率降低，也使吸收电路等辅助电路的设计更加复杂。另外原副边线圈突然发生很大偏移时，耦合系数变得很小，原边线圈电流会急剧增大，可能烧毁装置。

因此，为了解决使用传统无线充电装置的谐振补偿电路在容性和感性之间来回切换造成整体效率较低的弊端，提出了一种浮频调谐无线充电装置。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种浮频调谐无线充电装置硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种浮频调谐无线充电装置，包括主电路单元和控制单元，所述主电路单元包括直流供电电源、高频逆变电路、原边谐振补偿电路、副边谐振补偿电路、整流电路、斩波稳压电路和负载，所述直流供电电源的输出端电流依次经过高频逆变电路、原边谐振补偿电路、副边谐振补偿电路、整流电路、斩波稳压电路后输入负载，给负载充电；

所述控制单元包括电流传感器、有效值计算模块、限流保护模块、电压传感器、多路选择开关、相位差计算模块、状态判断模块、相位差给定模块、频率调节模块、频率给定模块、PWM生成模块和单路选择开关；

所述电流传感器实时采集流经原边谐振补偿电路的交流电流分别输出给有效值计算模块和多路选择开关；

所述有效值计算模块的输出经过限流保护模块输出给多路选择开关，多路选择开关输出信号至相位差计算模块和单路选择开关；

所述电压传感器采集原边谐振补偿电路的输入电压输送至相位差计算模块，所述相位差计算模块综合两路输入得到电平信号和相位差信号；

所述相位差计算模块输出电平信号和相位差信号给状态判断模块，相位差给定模块将相位差给定值输入至状态判断模块，所述状态判断模块输出信号给频率调节模块，所述频率给定模块将频率给定模块值输入至频率调节模块作为本装置工作第一周期的频率；