CN103427500B - 一种ipt系统非法负载检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种IPT系统非法负载检测装置及检测方法，该检测装置在副边电路上设置开关，开关的驱动单元与副边控制单元相连，当系统启动时，副边控制单元向副边输出一定频率的初始信号；原边电路的电流检测装置检测原边电路中的电流并将电流检测值传输给原边控制单元，原边控制单元将电流检测值的频率与初始信号的频率进行对比，当电流检测值的频率与初始信号的频率之差的绝对值大于阈值时，则负载R_L为非法负载，原边电路停止工作。本发明对负载识别时的负载辨识信号不通过耦合线圈传递，而是直接反映在原边输入电流上，避免了传递中的干扰，提高识别率。当检测到负载为非法负载时，系统停止工作，防止系统对非法负载加热，避免安全事故的发生。

Description

一种IPT系统非法负载检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及IPT(Inductive Power Transfer，感应电能传输)系统的负载识别技术，具体涉及一种简单易行的IPT系统非法负载检测装置及检测方法。

背景技术

在IPT系统中，由于系统是通过磁场松耦合的方式实现电能无线传输，当有金属物(非法负载)放在发射线圈上时，系统会误认为是正常负载导致系统对金属物加热，出现安全事故，因此，负载识别技术显得尤为重要。

现有的IPT系统中，负载识别方法主要是通过RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)技术来完成的，这种方法采用的硬件结构如图1所示，控制器通过RFID信号来判断负载，当检测到非法负载时停止逆变器工作。具体的感应耦合电能传输过程为：初级电路将工频电整流滤波后在导轨线圈中产生高频电流，拾取电路通过拾取机构在导轨线圈附近的变化磁场中拾取能量，经过调节器为负载供电。其中初级电路中的高频逆变部分主要是将直流电变化为高频交流电并提供给导轨线圈，以便在导轨线圈周围产生高频磁场。当系统有异物(尤其是金属)进入工作范围时，由于高频磁场的存在必定会在金属内形成涡流，不仅降低了效率，而且金属的涡流发热将带来巨大的安全隐患。另外，高频磁场会对RFID信号造成干扰，有可能会导致误读误判，降低了系统识别正确率。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种IPT系统非法负载检测装置及检测方法，能够检测到非法负载的存在，当检测到负载为非法负载时，系统停止工作，防止系统对非法负载加热，避免安全事故的发生。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种IPT系统非法负载检测装置，包括IPT系统，所述IPT系统由原边电路和副边电路组成，所述原边电路设置有全桥逆变器，所述全桥逆变器的电源端连接直流电源，输出端分别与原边谐振电感Lp和原边补偿电容Cp相连，其中，所述原边谐振电感Lp和原边补偿电容Cp并联，所述副边电路包括副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、整流桥和负载R_L，所述副边谐振电感Ls与副边补偿电容Cs并联，所述副边谐振电感Ls输出的电流经整流桥整流后传输给负载R_L，为负载R_L供电；在所述副边电路上还设置有开关，所述开关串联于整流桥向负载R_L供电的线路上，所述开关的一端与整流桥的一端相连，所述开关的另一端与负载R_L的一端相连，所述开关的驱动单元与副边控制单元相连，当IPT系统启动时，所述副边控制单元向所述驱动单元输出开关信号，所述驱动单元在所述开关信号的控制下控制所述开关的导通与截止，当所述开关导通时，所述副边控制单元向所述副边输出一定频率的初始信号；所述原边电路包括电流检测装置，所述电流检测装置与所述直流电源串联，所述电流检测装置的输出端与原边控制单元相连，所述原边控制单元中预设有所述初始信号的频率信息，当所述副边控制单元向所述副边输出初始信号时，所述电流检测装置检测所述原边电路中的电流并将电流检测值传输给所述原边控制单元，所述原边控制单元将所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率进行对比，当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值小于或等于阈值时，则所述负载R_L为合法负载，所述副边控制单元停止向所述副边输出初始信号，同时所述副边控制单元通过驱动单元控制开关导通，所述原边电路工作；当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值大于阈值时，则所述负载R_L为非法负载，所述原边电路停止工作。

本发明的IPT系统非法负载检测装置将副边的负载识别信号调制到原边电网输入电流上，在原边对信号解调后，实现负载识别。对负载识别时的负载辨识信号不通过耦合线圈传递，而是直接反映在原边输入电流上，避免了传递中的干扰，提高识别率。当检测到负载为非法负载时，系统停止工作，防止系统对非法负载加热，避免安全事故的发生。

在本发明的一种优选实施例中，所述副边电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括滤波电容Cf和滤波电感Lf，所述滤波电容Cf与所述负载R_L并联，所述滤波电感Lf串联于所述整流桥向所述负载R_L的供电线路上。通过滤波电路，使负载输入的电流频率纯净。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种IPT系统非法负载检测方法，包括如下步骤：

S1：副边控制单元向驱动单元输出开关信号，所述驱动单元在所述开关信号的控制下控制开关导通，所述副边控制单元向所述副边输出一定频率的初始信号；

S2：电流检测装置检测原边电路中的电流并将电流检测值传输给原边控制单元，所述原边控制单元将所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率进行对比，当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值小于或等于阈值时，则所述负载R_L为合法负载，所述副边控制单元停止向所述副边输出初始信号，同时所述副边控制单元通过驱动单元控制开关导通，所述原边电路工作；当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值大于阈值时，则所述负载R_L为非法负载，所述原边电路停止工作。

本发明的IPT系统非法负载检测方法将副边的负载识别信号调制到原边电网输入电流上，在原边对信号解调后，实现负载识别。使用这种方法，负载辨识信号不通过耦合线圈传递，而是直接反映在原边输入电流上，避免了传递中的干扰，提高识别率。当检测到负载为非法负载时，系统停止工作，防止系统对非法负载加热，避免安全事故的发生

在本发明的一种优选实施例中，所述副边控制单元向所述副边输出的初始信号的频率为1HZ。避免检测失误。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中RFID负载识别方法原理图；

图2是本发明一种优选实施方式中IPT系统非法负载检测装置的结构示意图；

图3是本发明IPT系统非法负载检测方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供了一种IPT系统非法负载检测装置，如图2所示，其包括IPT系统，该IPT系统由原边电路和副边电路组成，其中，原边电路设置有全桥逆变器，在本实施方式中，该全桥逆变器包括两个桥臂，每个桥臂上串联有2个开关，两个桥臂的4个开关依次导通或截止，在原边电路上生成能量注入信号，全桥逆变器的电源端连接直流电源Vdc，输出端分别与原边谐振电感Lp和原边补偿电容Cp相连，其中，原边谐振电感Lp和原边补偿电容Cp并联。

副边电路包括副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、整流桥和负载R_L，其中，副边谐振电感Ls与副边补偿电容Cs并联，副边谐振电感Ls输出的电流经整流桥整流后传输给负载R_L，为负载R_L供电。在副边电路上还设置有开关，该开关串联于整流桥向负载R_L供电的线路上，开关的一端与整流桥的一端相连，开关的另一端与负载R_L的一端相连，开关的驱动单元与副边控制单元相连，当IPT系统启动时，副边控制单元向驱动单元输出开关信号，驱动单元在开关信号的控制下控制开关的导通与截止，当开关导通时，副边控制单元向副边输出一定频率的初始信号，该初始信号的频率是设定已知值，在本实施方式中，初始信号优选为一定频率的方波信号。

原边电路包括电流检测装置，电流检测装置与直流电源Vdc串联，电流检测装置的输出端与原边控制单元相连，该原边控制单元中预设有初始信号的频率信息，当副边控制单元向副边输出初始信号时，初始信号会调制到原边输入电流上，电流检测装置检测原边电路中的电流并将电流检测值传输给原边控制单元，原边控制单元将电流检测值的频率与初始信号的频率进行对比，当电流检测值的频率与初始信号的频率之差的绝对值小于或等于阈值时，则负载R_L为合法负载，副边控制单元停止向副边输出初始信号，同时副边控制单元通过驱动单元控制开关导通，原边电路开始工作。当电流检测值的频率与初始信号的频率之差的绝对值大于阈值时，则负载R_L为非法负载，原边电路停止工作。

在本实施方式中，电流检测装置优选采用电流表或串联电阻检测技术，用于检测原边电流Idc。

在本发明的一种优选实施例中，副边电路还包括滤波电路，该滤波电路包括滤波电容Cf和滤波电感Lf，其中，滤波电容Cf与负载R_L并联，滤波电感Lf串联于整流桥向负载R_L的供电线路上。通过滤波电路，使负载输入的电流平滑。

在本实施方式中，直流电源Vdc还与电感Ldc串联，为防止检测发生失误，副边控制单元向副边输出的初始信号的频率要稍低，优选为1HZ。

本发明的IPT系统非法负载检测装置将副边的负载识别信号调制到原边电网输入电流上，在原边对信号解调后，实现负载识别。对负载识别时的负载辨识信号不通过耦合线圈传递，而是直接反映在原边输入电流上，避免了传递中的干扰，提高识别率。当检测到负载为非法负载时，系统停止工作，防止系统对非法负载加热，避免安全事故的发生。

本发明还提供了一种IPT系统非法负载检测方法，如图3所示，包括如下步骤：

S1：副边控制单元向驱动单元输出开关信号，驱动单元在开关信号的控制下控制开关导通，副边控制单元向副边输出一定频率的初始信号；

S2：电流检测装置检测原边电路中的电流并将电流检测值传输给原边控制单元，原边控制单元将电流检测值的频率与所述初始信号的频率进行对比，当电流检测值的频率与初始信号的频率之差的绝对值小于或等于阈值时，则负载R_L为合法负载，副边控制单元停止向副边输出初始信号，同时副边控制单元通过驱动单元控制开关导通，原边电路开始工作，进入功率传输阶段；当电流检测值的频率与初始信号的频率之差的绝对值大于阈值时，则负载R_L为非法负载，原边电路停止工作。在本实施方式中，阈值优选为初始信号频率的10％，即当︱电流检测值的频率—初始信号的频率︱＞初始信号的频率×10％时，负载R_L为非法负载。

在本实施方式中，对原边电流的频率检测可以采用本领域中通用的检测方法进行，在此不作赘述。

在本实施方式中，在原边电路上还具有与直流电源Vdc串联的主继电器(图中没有示出)，该主继电器与原边控制单元相连，通过原边控制单元控制通断，当检测到负载R_L为非法负载，原边控制单元控制主继电器断开，原边停止工作。

本发明的IPT系统非法负载检测方法将副边的负载识别信号调制到原边电网输入电流上，在原边对信号解调后，实现负载识别。使用这种方法，负载辨识信号不通过耦合线圈传递，而是直接反映在原边输入电流上，避免了传递中的干扰，提高识别率。当检测到负载为非法负载时，系统停止工作，防止系统对非法负载加热，避免安全事故的发生。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种IPT系统非法负载检测装置，包括IPT系统，所述IPT系统由原边电路和副边电路组成，所述原边电路设置有全桥逆变器，所述全桥逆变器的电源端连接直流电源，输出端分别与原边谐振电感Lp和原边补偿电容Cp相连，其中，所述原边谐振电感Lp和原边补偿电容Cp并联，所述副边电路包括副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、整流桥和负载R_L，所述副边谐振电感Ls与副边补偿电容Cs并联，所述副边谐振电感Ls输出的电流经整流桥整流后传输给负载R_L，为负载R_L供电；

其特征在于：在所述副边电路上还设置有开关，所述开关串联于整流桥向负载R_L供电的线路上，所述开关的一端与整流桥的一端相连，所述开关的另一端与负载R_L的一端相连，所述开关的驱动单元与副边控制单元相连，当所述IPT系统启动时，所述副边控制单元向所述驱动单元输出开关信号，所述驱动单元在所述开关信号的控制下控制所述开关的导通与截止，当所述开关导通时，所述副边控制单元向所述副边输出一定频率的初始信号；

所述原边电路包括电流检测装置，所述电流检测装置与所述直流电源串联，所述电流检测装置的输出端与原边控制单元相连，所述原边控制单元中预设有所述初始信号的频率信息，当所述副边控制单元向所述副边输出初始信号时，所述电流检测装置检测所述原边电路中的电流并将电流检测值传输给所述原边控制单元，所述原边控制单元将所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率进行对比，当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值小于或等于阈值时，则所述负载R_L为合法负载，所述副边控制单元停止向所述副边输出初始信号，同时所述副边控制单元通过驱动单元控制开关导通，所述原边电路工作；当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值大于阈值时，则所述负载R_L为非法负载，所述原边电路停止工作。

2.如权利要求1所述的IPT系统非法负载检测装置，其特征在于：所述副边电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括滤波电容Cf和滤波电感Lf，所述滤波电容Cf与所述负载R_L并联，所述滤波电感Lf串联于所述整流桥向所述负载R_L的供电线路上。

3.一种IPT系统非法负载检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：副边控制单元向驱动单元输出开关信号，所述驱动单元在所述开关信号的控制下控制开关导通，所述副边控制单元向所述副边输出一定频率的初始信号；

S2：电流检测装置检测原边电路中的电流并将电流检测值传输给原边控制单元，所述原边控制单元将所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率进行对比，当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值小于或等于阈值时，则所述负载R_L为合法负载，所述副边控制单元停止向所述副边输出初始信号，同时所述副边控制单元通过驱动单元控制开关导通，所述原边电路工作；当所述电流检测值的频率与所述初始信号的频率之差的绝对值大于阈值时，则所述负载R_L为非法负载，所述原边电路停止工作。

4.如权利要求3所述的IPT系统非法负载检测方法，其特征在于：所述副边控制单元向所述副边输出的初始信号的频率为1HZ。