[发明专利]一种机器人无线充电装置

摘要

本发明属于电学技术领域，涉及一种机器人无线充电装置，EMI滤波电路的输入端与电源连接，谐振耦合网络与第一开关管连接，保护电路分别与电压检测电路、电流互感器和第一单片机控制电路连接，待机唤醒电路分别与第一单片机控制电路、第一无线通信电路和第一辅助电源连接，软开关检测电路设置在耦合谐振网络和第一开关管之间，第二整流桥分别与耦合谐振网络电连接和第二LC滤波电路连接，放电回路分别与第二开关管和蓄电池组连接，第二单片机控制电路分别与第二无线通信电路、第二辅助电源、第二驱动电路和电池组BMS管理单元连接，电池组BMS管理单元分别与蓄电池组和第二辅助电源电连接，整个装置结构新颖简单，易控制，电路成本低，体积小，开关损耗小。

主权项

1.一种机器人无线充电装置，其特征在于主体结构包括EMI滤波电路、第一整流桥、第一LC滤波电路、谐振耦合网络、第一开关管、二极管、电压检测电路、电流互感器、保护电路、待机唤醒电路、第一单片机控制电路、第一驱动电路、第一无线通信电路、第一辅助电源、软开关检测电路、第二整流桥、第二LC滤波电路、电池组BMS管理单元、第二开关管、第二单片机控制电路、第二驱动电路、第二无线通信电路、遥控器、第二辅助电源、放电回路和蓄电池组；EMI滤波电路的输入端与外部的220V交流电源连接，220V交流电依次经过EMI滤波电路、第一整流桥、第一LC滤波电路、谐振耦合网络、第二整流桥、第二LC滤波电路和第二开关管后变成稳定的直流电给蓄电池组进行充电，EMI滤波电路滤除电磁干扰，第一整流桥将交流电变成直流电，第一LC滤波电路对第一整流桥整流后的直流电进行滤波；第一LC滤波电路由第一电感和第一电容串联组成，谐振耦合网络由发射端补偿电容、发射端发射线圈、接收端接收线圈和接收端补偿电容按照电学原理连接组成，谐振耦合网络与第一开关管电连接，使第一开关管工作在软开关状态，能在第一开关管通断的情况下一直传递能量，实现单管逆变；电压检测电路由第一电阻和第二电阻组成，保护电路分别与电压检测电路、电流互感器和第一单片机控制电路电连接，防止发射端过压或者过流；待机唤醒电路分别与第一单片机控制电路、第一无线通信电路和第一辅助电源电连接，使第一单片机控制电路的单片机休眠或唤醒时解除休眠模式；第一无线通信电路分别与第一单片机控制电路和第一辅助电源电连接，用来接收接收端传来的各种信息；软开关检测电路设置在耦合谐振网络和第一开关管之间，用于检测第一开关管的耐压值；第一单片机控制电路根据保护电路、软开关检测电路、待机唤醒电路和第一无线通信电路发来的信息输出一个给第一开关管的PWM驱动信号，PWM驱动信号经第一驱动电路放大后驱动第一开关管，使第一开关管工作于软开关状态；第一开关管与二极管电连接；第二整流桥的输入端与耦合谐振网络电连接，将交流电变成蓄电池组充电所需的直流电；由第二电感和第二电容串联组成的第二LC滤波电路的输入端与第二整流桥的输出端电连接，对第二整流桥整流后的直流电进行滤波；第二开关管的输入端与第二LC滤波电路的输出端电连接，蓄电池组进行充电时导通，蓄电池组负脉冲放电时关断，由第三开关管和放电电阻组成的放电回路的输入端与第二开关管的输出端电连接，输出端与蓄电池组电连接，使蓄电池组进行负脉冲放电；遥控器向机器人发出充电信号，第二驱动电路与第二开关管和第三开光管电连接，第二驱动电路内含互锁电路，同一时刻使第二开关管或第三开关管中的一个导通，另一个关断，第二驱动电路用来放大第二开关管和第三开关管的驱动信号；第二单片机控制电路分别与第二无线通信电路、第二辅助电源、第二驱动电路和电池组BMS管理单元电连接，第二单片机控制电路根据接收的遥控器发出的充电按键信号和电池组BMS管理单元给予的信息，对第二驱动电路和第二无线通信电路进行控制；电池组BMS管理单元分别与蓄电池组和第二辅助电源电连接，用于检测蓄电池组的电压、电流、温度和SOC参数，防止输出过压过流过热；电池组BMS管理单元将检测的电压电流信息通过第二无线通信电路传递给第一无线通信电路后通过第一单片机控制电路输出一个给第一开关管的PWM驱动信号，PWM驱动信号经第一驱动电路放大后驱动第一开关管，使蓄电池组在充电时根据蓄电池的状态来选择不同的充电方法，实现为机器人中的蓄电池组进行无线充电，所述发射端包括EMI滤波电路、第一整流桥、第一LC滤波电路、谐振耦合网络、电压检测电路、电流互感器、保护电路、待机唤醒电路、第一单片机控制电路、第一驱动电路、第一无线通信电路、第一辅助电源和软开关检测电路；接收端包括第二整流桥、第二LC滤波电路、电池组BMS管理单元、第二单片机控制电路、第二驱动电路、第二无线通信电路、遥控器、第二辅助电源、放电回路和蓄电池组；采用该装置实现充电的具体过程包括下列步骤：(1)、接通电源，将第一单片机控制电路和第二单片机控制电路上的单片机进行初始化，当机器人电量不足或收到遥控器发出的信号时，判断是否完成当前工作，若当前工作未完成，则继续完成当前工作；若当前工作已完成，则由第二单片机控制电路发出充电寻轨信号，在外接的定位系统协助下机器人开始向发射端电源移动；(2)、第一无线通信电路检测第二无线通信电路发出的信息，若第一无线通信电路未能收到信息，则机器人没有靠近发射端电源则不工作；若第一无线通信电路收到信息，则机器人已靠近发射端电源，第一无线通信电路收到第二无线通信电路发送的启动信号，唤醒发射端电源进入到工作状态；(3)、发射端电源开始工作后，先进行涓流预充电，同时设定涓流充电时间，若检测到的充电涓流未达到设定值，则通过第一单片机控制电路调整第一开关管的开关频率，当充电涓流达到设定值时，在第一单片机控制电路上的单片机发出驱动信号前的1μs，通过软开关检测电路判断第一开关管的耐压是否为0，若不为0，则调整开关管的占空比至其耐压为0，发射端向接收端传递能量开始充电，达到预充电时间后完成第一阶段充电，此阶段不需要放电，第二单片机控制电路不向放电回路的第三开关管发出导通信号，第三开关管处于关断状态，而第二开关管的驱动信号与第三开关管的驱动信号相反，第二开关管一直处于导通状态；(4)、再进行恒流正负脉冲充电，先设定恒流正脉冲段的时间，若检测到的充电电流未达到设定值，则通过第一单片机控制电路调整第一开关管的开关频率，当充电电流达到设定值时，在第一单片机控制电路上的单片机发出驱动信号前的1μs，通过软开关检测电路判断第一开关管的耐压是否为0，若不为0，则调整第一开关管的占空比至其耐压为0，发射端向接收端传递能量开始充电，达到正脉冲充电时间后进入到负脉冲放电阶段，正脉冲阶段第二开关管一直处于导通状态，第三开关管一直处于关断状态；(5)、负脉冲放电开始前，先将此时第一开关管的占空比和开关频率存储到第一单片机控制电路的单片机中，闭锁第一开关管的驱动信号，设定负脉冲放电时间，第三开关管导通，第二开关管关断，开始负脉冲放电，达到负脉冲放电时间后检测蓄电池组的端电压，若未达到设定值，则第一单片机控制电路的单片机读取存储的第一开关管的占空比和开关频率，继续进行恒流正负脉冲充电；若达到设定值，则完成第二阶段充电；(6)、最后进行恒压充电，若检测到的充电电压未达到设定值，则通过第一单片机控制电路调整第一开关管的开关频率，当充电电压达到设定值时，在第一单片机控制电路上的单片机发出驱动信号前的1μs，通过软开关检测电路判断第一开关管的耐压是否为0，若不为0，则调整第一开关管的占空比至其耐压为0，发射端向接收端传递能量开始充电，恒压充电阶段第二开关管一直处于导通状态，第三开关管一直处于关断状态，当充电电流自然降到设定值时，闭锁驱动信号，提示充电完成，实现对机器人的无线自动充电。