[发明专利]一种带有上拉辅助开关的感应耦合电能传输装置及控制方法

摘要

本发明属于电学技术领域，涉及一种带有上拉辅助开关的感应耦合电能传输装置及控制方法，在现有ICPT装置用LC谐振单管逆变双极性逆变电路拓扑中增加一组上拉辅助开关支路，该支路中包含一个辅助开关管，主开关管和辅助开关管的开关频率相同，均可实现软开关控制，且两管之间无直通问题，提高可靠性；在保持原有电路优点的情况下，使开关管两端承受的电压降低到原来的2/3，使装置采用金属氧化物晶体管作为开关管，开关频率可达83kHz以上，同时因辅助开关管导通时间短、功耗低，为进一步减小ICPT装置的体积和重量、降低成本提供技术方案。

主权项

1.一种带有上拉辅助开关的感应耦合电能传输装置的控制方法，其特征在于：具体控制过程包括以下步骤：(1)、先根据负载选择控制方式和补偿结构，若负载需要恒压供电，则切换成第一副边补偿电容，即采用原边并联副边串联补偿结构，选择恒压控制方法；若负载需要恒流供电，则切换成第二副边补偿电容，即采用原边并联副边并联补偿结构，选择恒流控制方法；若既不选择恒压供电，也不选择恒流供电，则整个装置待机，直至选择供电方式；(2)、若选择恒压供电，先采用脉冲宽度调制软启动，给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电压达到设定电压，当装置输出电压不稳定时，通过脉冲频率调制控制稳定输出电压；采样电路将检测到的输出电压信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电压的变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路调整装置的开关频率；若输出电压变大，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电压减小，第二单片机控制电路通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，从而稳定装置的输出电压；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，然后检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通，当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，即实现零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电压，重复上述步骤；(3)、若选择恒流供电，先采用PWM软启动，给定初始开关频率，保持开关频率不变，导通时间逐渐增加至设定值，输出电流达到设定电流，当装置输出电流不稳定时，通过PFM控制稳定输出电流，采样电路将检测到的输出电流信号发送给第二单片机控制电路，第二单片机控制电路根据输出电流的不同变化，通过第二无线通信电路向原边控制电路发出不同的控制信号，原边控制电路中的第一无线通信电路接收到第二无线通信电路发出的信号，再传递给第一单片机控制电路，第一单片机控制电路调整装置的开关频率，若输出电流变大，第二单片机控制电路会通过第二无线通信电路向原边控制电路发出增加开关频率的信号；若输出电流减小，第二单片机控制电路会通过第二无线通信电路向原边控制电路发出减小开关频率的信号，稳定装置的输出电流；当第二电压检测电路检测到钳位电容两端的电压增加时，第一单片机控制电路把辅助开关管的控制信号变为高电平，辅助开关管实现零电压开通，然后检测主开关管是否为零电压开通，主开关管若不是零电压开通，通过PWM控制实现零电压开通；当主开关管的驱动信号由低电平变为高电平时，第一电压检测电路检测主开关管漏源两端的电压，若主开关管漏源两端的电压不为0，即没有实现零电压开通，则第一单片机控制电路减少主开关管的占空比；若主开关管漏源两端的电压为0，实现零电压开通，则主开关管的占空比不变；当主开关管实现零电压开通后，判断装置是否停机，若给出停机信号，则装置停止工作；若未给出停机信号，则重新检测输出电流，重复上述步骤；整个装置通过变频+变占空比的控制方式稳定输出电压或输出电流，同时使主开关管和辅助开关管实现零电压开通，达到感应耦合电能传输调控的目的。