CN103390938B - 具有扩流作用的非接触供电原边电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有扩流作用的非接触供电原边电路，其包括逆变器及原边线圈；所述逆变器与原边线圈之间连接有原边补偿电路，所述原边补偿电路包括第一电感、第一电容及第二电感；所述第一电感的一端与逆变器的输出正极端连接，第一电感的另一端与第一电容的一端及第二电感的第一端连接，第二电感的第二端通过原边线圈与补偿电路的一端连接，补偿电路的另一端与第一电容的另一端及逆变器的输出负极端连接；所述补偿电路补偿原边线圈中的电感，且补偿电路与原边线圈间形成谐振电路，以使得第一电感、第一电容及第二电感组成具有扩流作用的电路。本发明能实现原边电缆的电流恒定控制，具有扩流作用，适应范围广，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触供电补偿电路，尤其是一种具有扩流作用的非接触供电原边电路，属于非接触供电的技术领域。
背景技术
无接触供电（Contectless Power Transfer，CPT）系统由原边和副边两部分组成，原边采用一种“开环”型的电能发射方式，因要保证负载所需最大功率传输强度，需要系统原边能量发射部分始终工作在最大激磁电流状态。随着设备的实用化，面临着单副边拾电器或多副边拾电器负载变化而引起的副边反射阻抗的改变，导致原边回路电流变化，使系统无法在额定条件下正常工作。
系统原边谐振变换电路实现高频电能的变换，为了使原边线圈电流恒定，控制器通过对电流检测器检测到的实际电流信号与参考值比较，经过逆变器控制调节，最后得到恒定的原边电缆电流。通常可以在逆变器的输入端串入DC/ DC环节，调节逆变器电压；通过动态控制升压后的额定值，改变原边电缆电流；或者通过对全桥逆变器移相角动态控制的方法，调节输出电压均值，实现恒流。
上述在原边实现恒流控制的方法，控制较复杂，增加了系统的成本和复杂度，又降低了系统的效率及可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有扩流作用的非接触供电原边电路，其能实现原边电缆的电流恒定控制，具有扩流作用，适应范围广，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述具有扩流作用的非接触供电原边电路，包括逆变器及与所述逆变器输出端对应连接的原边线圈；所述逆变器与原边线圈之间连接有原边补偿电路，所述原边补偿电路包括第一电感、第一电容及第二电感；所述第一电感的一端与逆变器的输出正极端连接，第一电感的另一端与第一电容的一端及第二电感的第一端连接，第二电感的第二端通过原边线圈与补偿电路的一端连接，补偿电路的另一端与第一电容的另一端及逆变器的输出负极端连接；所述补偿电路补偿原边线圈中的电感，且补偿电路与原边线圈间形成谐振电路，以使得第一电感、第一电容及第二电感组成具有扩流作用的电路。
所述补偿电路为单电容的固定补偿结构。
所述原边补偿电路还包括第一共轭电感及第二共轭电感，所述补偿电路的另一端通过第二共轭电感与第一电容的另一端及第一共轭电感的一端连接，第一共轭电感的另一端与逆变器的输出负极端连接；第一电感、第二电感、第一共轭电感及第二共轭电感对应的电感值相等；第一电感和第一共轭电感与第一电容在逆变器的工作频率下谐振。
所述补偿电路包括电流检测传感器，所述电流检测传感器的第一输入端与原边线圈连接，电流检测传感器的第二输入端与切换开关的一端连接，切换开关的另一端通过切换电容与逆变器的输出负极端连接；切换开关的控制端与控制电路的输出端连接，控制电路的输入端分别与电流检测传感器的输出端及电压检测传感器的输出端连接，电压检测传感器的第一输入端与逆变器的输出负极端连接，电压检测传感器的第二输入端与第二电感的第二端连接。
所述切换开关为功率电子开关或机械开关。
所述控制电路包括单片机与鉴相器，所述鉴相器分析电流检测传感器检测电流的相位，单片机根据所述电流相位的大小，调节切换开关的工作状态。
本发明的优点：借助了LCL电路的特点，通过补偿电路补偿原边线圈的电感，构建了LCL扩流的特性，使得逆变器输出大电压低电流的前提下，获得LCL输出端的大电流特性，用于激励原边线圈，获得更高的功率传输能力，这对于降低逆变器的工作电流，实现逆变器软开关及实现原边电缆的电流恒定控制，提高系统原边效率十分有利，提高非接触供电的可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明的另一种实施电路原理图。
图3为图1中补偿电路的具体实施的电路原理图。
附图标记说明：1-逆变器、2-原边补偿电路、3-原边线圈、21-第一电感、21a-第一共轭电感、21b-第二共轭电感、22-第一电容、23-第二电感、24-补偿电路、241-电流检测传感器、242-电压检测传感器、243-控制电路、244-切换电容及245-切换开关。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了实现原边恒流控制，本发明包括逆变器1及与所述逆变器1输出端对应连接的原边线圈3；所述逆变器1与原边线圈3之间连接有原边补偿电路2，所述原边补偿电路2包括第一电感21、第一电容22及第二电感23；所述第一电感21的一端与逆变器1的输出正极端连接，第一电感21的另一端与第一电容22的一端及第二电感23的第一端连接，第二电感23的第二端通过原边线圈3与补偿电路24的一端连接，补偿电路24的另一端与第一电容22的另一端及逆变器1的输出负极端连接；所述补偿电路24补偿原边线圈3中的电感，且补偿电路24与原边线圈3间形成谐振电路，以使得第一电感21、第一电容21及第二电感23组成具有扩流作用的电路。
具体地，本发明实施例中，补偿电路24用于补偿原边线圈3中的电感，补偿电路24与原边线圈3之间的谐振频率为整个包含逆变器1的原边的电压频率，通过补偿电路24对原边线圈3的补偿，能够获得纯阻性，使得第一电感21、第一电容22及第二电感23组成的电感-电容-电感（LCL）电路具有扩流作用。
同时，第一电感21、第一电容22、第二电感23组成的LCL电路中，第一电感21与第二电感23的电感值大小相等，并且第一电感21、第一电容22在逆变器1输出电压频率下谐振，从而使电路具有扩流和恒流作用。
在无接触供电的系统中，为了获得较大功率的传输，需要在原边线圈3获得大电流激励。本发明电路可以把逆变器输出的高压小电流转换成大电流激励。当逆变器1输出的激励的频率等于第一电感21与第一电容22谐振频率时，第二电感23上获得的电流大小与原边线圈3无关，只与逆变器1的输出电压和第一电感21的大小有关，因此通过合理设置第一电感21，并使原边线圈3满足其交流阻抗小于第一电感21的交流阻抗，此时，LCL恒流源有放大电流的作用。
如图2所示，是本发明的另一个实施例，本发明是一种具有扩流作用的非接触供电原边电路，还可以具有第一共轭电感21a和第二共轭电感21b，所述补偿电路24的另一端通过第二共轭电感21b与第一电容22的另一端及第一共轭电感21a的一端连接，第一共轭电感21a的另一端与逆变器1的输出负极端连接；第一电感21、第二电感23、第一共轭电感21a及第二共轭电感21b对应的电感值相等；第一电感21和第一共轭电感21a与第一电容21在逆变器1的工作频率下谐振。
第一共轭电感21a串联接入逆变器1的输出负极端和第一电容22连接电路中，第二共轭电感21b串联接入补偿电路24和第一电容22的连接电路中，构成对称电路。
其中，第一电感21、第二电感23、第一共轭电感21a、第二共轭电感21b对应的电感值相等。
所述的补偿电路24，可以是单电容构成的固定补偿电路。
所述的补偿电路24，也可以是动态补偿电路，如图3所示，是本发明的另一个实施例，动态补偿电路24由电流检测传感器241、电压检测传感器242、控制电路243、切换电容244、切换开关245组成，所述电流检测传感器241的第一输入端与原边线圈3连接，电流检测传感器241的第二输入端与切换开关245的一端连接，切换开关245的另一端通过切换电容244与逆变器1的输出负极端连接；切换开关245的控制端与控制电路243的输出端连接，控制电路243的输入端分别与电流检测传感器241的输出端及电压检测传感器242的输出端连接，电压检测传感器242的第一输入端与逆变器1的输出负极端连接，电压检测传感器242的第二输入端与第二电感23的第二端连接。
其中电流检测传感器241检测原边线圈3中的电流，电压检测传感器242输入为LCL输出端的电压，控制电路243分析处理检测到的电流电压相位差，根据相位差大小控制切换开关245动作，调节切换电容244接入到电路的大小，使检测到的相位差为0，从而实现针对原边线圈3的动态补偿。其中，电压检测传感器242还可以采用分压电路来实现电压的功能检测。
所述的切换开关245可以是功率电子开关，也可以是机械开关。
所述的控制电路243用高速32位单片机LPC2136和鉴相器构成，鉴相器实施分析电流电压相位，单片机根据相位大小，通过PID算法动态调节输出开关动作，调整补偿电容的接入数量。
本发明的优点是：借助了LCL电路的特点，通过补偿电路24补偿原边线圈3的电感，构建了LCL扩流的特性，使得逆变器1输出大电压低电流的前提下，获得LCL输出端的大电流特性，用于激励原边线圈3，获得更高的功率传输能力，这对于降低逆变器1的工作电流，实现逆变器1软开关，提高系统原边效率十分有利。
Claims (5)
1.一种具有扩流作用的非接触供电原边电路，包括逆变器（1）及与所述逆变器（1）输出端对应连接的原边线圈（3）；其特征是：所述逆变器（1）与原边线圈（3）之间连接有原边补偿电路（2），所述原边补偿电路（2）包括第一电感（21）、第一电容（22）及第二电感（23）；所述第一电感（21）的一端与逆变器（1）的输出端正极连接，第一电感（21）的另一端与第一电容（22）的一端及第二电感（23）的第一端连接，第二电感（23）的第二端通过原边线圈（3）与补偿电路（24）的一端连接，补偿电路（24）的另一端与第一电容（22）的另一端及逆变器（1）的输出端负极连接；所述补偿电路（24）补偿原边线圈（3）中的电感，且补偿电路（24）与原边线圈（3）间形成谐振电路，以使得第一电感（21）、第一电容（21）及第二电感（23）组成具有扩流作用的电路；
所述补偿电路（24）包括电流检测传感器（241），所述电流检测传感器（241）的第一输入端与原边线圈（3）连接，电流检测传感器（241）的第二输入端与切换开关（245）的一端连接，切换开关（245）的另一端通过切换电容（244）与逆变器（1）的输出负极端连接；切换开关（245）的控制端与控制电路（243）的输出端连接，控制电路（243）的输入端分别与电流检测传感器（241）的输出端及电压检测传感器（242）的输出端连接，电压检测传感器（242）的第一输入端与逆变器（1）的输出负极端连接，电压检测传感器（242）的第二输入端与第二电感（23）的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的具有扩流作用的非接触供电原边电路，其特征是：所述补偿电路（24）为单电容的固定补偿结构。
3.根据权利要求1所述的具有扩流作用的非接触供电原边电路，其特征是：所述原边补偿电路（2）还包括第一共轭电感（21a）及第二共轭电感（21b），所述补偿电路（24）的另一端通过第二共轭电感（21b）与第一电容（22）的另一端及第一共轭电感（21a）的一端连接，第一共轭电感（21a）的另一端与逆变器（1）的输出负极端连接；第一电感（21）、第二电感（23）、第一共轭电感（21a）及第二共轭电感（21b）对应的电感值相等；第一电感（21）和第一共轭电感（21a）与第一电容（21）在逆变器（1）的工作频率下谐振。
4.根据权利要求1所述的具有扩流作用的非接触供电原边电路，其特征是：所述切换开关（245）为功率电子开关或机械开关。
5.根据权利要求1所述的具有扩流作用的非接触供电原边电路，其特征是：所述控制电路（243）包括单片机与鉴相器，所述鉴相器分析电流检测传感器（241）检测电流的相位，单片机根据所述电流相位的大小，调节切换开关（245）的工作状态。
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