CN103427502A - 基于脉宽识别的ipt系统包络线调制电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路和方法，包括整流电路一、高频逆变电路、感应耦合电路、整流电路二和工频逆变电路；感应耦合电路由原边耦合电路和副边耦合电路构成；其特征在于：整流电路一对50HZ的工频电进行整流处理，得到频率为100HZ的正弦半波；该正弦半波输入高频逆变电路进行高频逆变，得到一组正弦波；该组正弦波输入感应耦合电路的原边耦合电路；副边耦合电路将感应耦合信号输出到整流电路二，整流电路二对副边耦合电路的输出进行整流处理，得到正弦半波信号；副边耦合电路的谐振电流通过电流互感器转换为电压并与一个给定电压同时输入比较器；本发明在不损耗系统传输效率的前提下实现50HZ交流输出，可广泛应用于供电系统中。

Description

基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路和方法
技术领域：
本发明涉及调制电路和方法，具体涉及基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路和方法。
技术背景：
在感应电能传输系统（IPT）系统中，当负载需要50HZ的交流电源时，需要经过多级电能变换才能满足负载的需求，这样会较低系统的效率。主要是因为感应电能传输系统（IPT）系统中，采用初级电路对50HZ工频电源整流滤波，再进行高频逆变，经过感应耦合后在副边产生同频率的正弦波，再进行整流滤波，输出的直流用SPWM调制后可得到交流电。由于在初级电路存在对50HZ工频电源整流滤波的环节，会降低整个系统的功率因素，对电网造成谐波污染。如果在整流滤波电路后增加功率因素校正电路，整个系统的控制较为复杂，且效率进一步降低。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是在不损耗系统传输效率的前提下，提供基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路和方法。
为了解决上述问题，本发明第一技术方案是，基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路，包括整流电路一、高频逆变电路、感应耦合电路、整流电路二和工频逆变电路；感应耦合电路由原边耦合电路和副边耦合电路构成；
其特征在于：整流电路一对50HZ的工频电进行整流处理，得到频率为100HZ的正弦半波；该正弦半波输入高频逆变电路进行高频逆变，得到一组正弦波；该组正弦波输入感应耦合电路的原边耦合电路；感应耦合电路的副边耦合电路也得到与原边耦合电路相同的包络曲线；副边耦合电路将感应耦合信号输出到整流电路二，整流电路二对感应耦合电路的副边耦合电路的输出进行整流处理，得到正弦半波信号；副边耦合电路的谐振电流通过电流互感器检测后，电流互感器将检测到的电流转换为电压并与一个给定电压同时输入比较器进行比较，比较器输出一组脉宽不同的信号到FPGA进行脉宽检测，在脉宽最窄时刻FPGA输出控制信号到驱动电路，控制驱动电路输出驱动信号到工频逆变电路中，驱动工频逆变电路对整流电路二输出的正弦半波信号进行直流—-交流变换，工频逆变电路输出电压经过滤波之后，输出频率为50HZ的正弦交流电。
本发明提出一种新的方式，即对于工频输入的电源进行整流之后并不进行滤波处理，而是直接进行逆变，这样能简化系统电能变换电路，且逆变输出一组正弦波，其包络曲线为频率为50HZ的正弦曲线，通过感应耦合电路感应耦合，感应耦合电路的副边耦合电路也得到与原边耦合电路相同的包络曲线，副边耦合电路的谐振电流也是频率为50Hz的正弦包络曲线，副边耦合电路的谐振电流通过电流互感器转换为电压并与一个给定电压同时输入比较器进行比较，通过FPGA来检测比较器输出脉冲的宽度，检测到最窄脉冲时刻即对应于副边耦合电路的谐振电流的包络曲线的过零点，此时控制工频逆变电路对整流电路二输出的正弦半波信号进行直流—-交流变换，最终得到频率为50Hz的交流正弦输出。
本发明能简化系统电能变换电路，在不损耗系统传输效率的前提下实现50HZ交流输出，且输出电压的品质较现有技术的输出电压品质好。
本发明的第二技术方案是基于脉宽识别的IPT系统包络线调制方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：整流电路一对50HZ的工频电进行整流处理，得到频率为100HZ的正弦半波；
第二步：将100HZ的正弦半波由高频逆变电路进行高频逆变，得到一组正弦波,该组正弦波的包络曲线是正弦曲线，且正弦曲线的频率为50HZ；
第三步：将高频逆变电路输出的一组正弦波输入感应耦合电路的原边耦合电路，感应耦合电路的副边耦合电路也得到与原边耦合电路相同的包络曲线；
第四步：整流电路二对感应耦合电路副边耦合电路输出的信号进行整流处理，得到一组正弦半波，该组正弦半波的包络曲线是频率为100HZ的正弦半波；该组正弦半波输入工频逆变电路；并且感应耦合电路中副边耦合电路的谐振电流通过电流互感器检测，电流互感器将检测到的电流转换为电压并与一个给定电压同时输入比较器进行比较，比较器输出一组脉宽不同的信号到FPGA检测脉宽，在脉宽最窄时刻FPGA输出控制信号到驱动电路，控制驱动电路输出驱动信号到工频逆变电路中，驱动工频逆变电路对整流电路二输出的正弦半波信号进行直流—-交流变换；
第五步：将工频逆变电路输出信号进行滤波处理，输出频率为50HZ的正弦交流电。
本发明所述的基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路和方法的有益效果是：本发明在不损耗系统传输效率的前提下实现50HZ交流输出，并且系统电能变换电路简单，且输出电压的品质较现有技术的输出电压品质好，具有好的社会效益，可广泛应用于供电系统中。
附图说明
图1是本发明所述的基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路原理框图。
图2是本发明中整流电路一1输出的正弦半波信号Ua图。
图3是本发明中整流电路二4输出的正弦半波信号Ud图。
图4是本发明中副边耦合电路的谐振电流is图。
图5是本发明中比较器6输出的一组脉宽不同的信号S图。
图6为本发明矿用本安型计算机12的控制流程框图。
图7为本发明基于脉宽识别的IPT系统包络线调制方法流程图。
具体实施方式
参见图1至图2，基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路，由依次相连的整流电路一1、高频逆变电路2、感应耦合电路3、整流电路二4、工频逆变电路5、滤波电容C、电流互感器R、比较器6、FPGA7和驱动电路8构成；其中，整流电路一1、高频逆变电路2、感应耦合电路3、整流电路二4和工频逆变电路5顺序相连；感应耦合电路3由原边耦合电路和副边耦合电路构成；原边耦合电路由原边谐振电感Lp、原边补偿电容Cp相串连组成；副边耦合电路由副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs相串连组成。
整流电路一1对50HZ的工频电进行整流处理，得到频率为100HZ的正弦半波Ua，见图2；高频逆变电路2对整流电路一1输出的正弦半波Ua信号进行高频逆变，得到一组正弦波Ub,该组正弦波的包络线是正弦曲线，且正弦曲线的频率为50HZ；该组正弦波Ub输入感应耦合电路3的原边耦合电路；感应耦合电路3对高频逆变电路2输出的正弦波Ub进行感应耦合后，感应耦合电路3的副边耦合电路也得到与原边耦合电路相同的包络曲线；整流电路二4对感应耦合电路3的副边耦合电路的输出进行整流处理，得到正弦半波信号Ud,见图3，该组正弦半波的包络线也为正弦半波，频率为100HZ；并且，感应耦合电路3中副边耦合电路的谐振电流is通过电流互感器R检测后，谐振电流is见图4,电流互感器R将检测到的电流is转换为电压U并与一个给定电压VT同时输入比较器6进行比较，比较器6输出一组脉宽不同的信号S到FPGA7进行脉宽检测，信号S见图5，信号S的脉宽最窄时刻就是正弦半波包络曲线的过零时刻，在脉宽最窄时刻FPGA7输出控制信号到驱动电路8，控制驱动电路8输出驱动信号到工频逆变电路5中，驱动工频逆变电路5对整流电路二4输出的正弦半波信号Ud进行直流—--交流变换，工频逆变电路5输出电压经过滤波电容C滤波之后，输出频率为50HZ的正弦交流电，见图6。
参见图7，基于脉宽识别的IPT系统包络线调制方法，按如下步骤进行：
第一步：整流电路一1对50HZ的工频电进行整流处理，得到频率为100HZ的正弦半波；
第二步：将100HZ的正弦半波由高频逆变电路2进行高频逆变，得到一组正弦波,该组正弦波的包络曲线是正弦曲线，且正弦曲线的频率为50HZ；
第三步：将高频逆变电路2输出的一组正弦波输入感应耦合电路3的原边耦合电路，感应耦合电路3的副边耦合电路也得到与原边耦合电路相同的包络曲线；
第四步：整流电路二4对感应耦合电路3副边耦合电路输出的信号进行整流处理，得到一组正弦半波，该组正弦半波的包络曲线是频率为100HZ的正弦半波；该组正弦半波输入工频逆变电路5；并且感应耦合电路3中副边耦合电路的谐振电流is通过电流互感器R检测，电流互感器R将检测到的电流转换为电压并与一个给定电压VT同时输入比较器6进行比较，比较器6输出一组脉宽不同的信号到FPGA7检测脉宽，在脉宽最窄时刻FPGA7输出控制信号到驱动电路8，控制驱动电路8输出驱动信号到工频逆变电路5中，驱动工频逆变电路5对整流电路二4输出的正弦半波信号进行直流—-交流变换；
第五步：将工频逆变电路5输出信号进行滤波处理，输出频率为50HZ的正弦交流电。

Claims (2)

1.基于脉宽识别的IPT系统包络线调制电路，包括整流电路一（1）、高频逆变电路（2）、感应耦合电路（3）、整流电路二（4）和工频逆变电路（5）；感应耦合电路（3）由原边耦合电路和副边耦合电路构成；
其特征在于：整流电路一（1）对50HZ的工频电进行整流处理，得到频率为100HZ的正弦半波；该正弦半波输入高频逆变电路（2）进行高频逆变，得到一组正弦波；该组正弦波输入感应耦合电路（3）的原边耦合电路；副边耦合电路将感应耦合信号输出到整流电路二（4），整流电路二（4）对副边耦合电路的输出进行整流处理，得到正弦半波信号；副边耦合电路的谐振电流（is）通过电流互感器（R）检测后，电流互感器（R）将检测到的电流转换为电压并与一个给定电压（VT）同时输入比较器（6）进行比较，比较器（6）输出一组脉宽不同的信号到FPGA（7）进行脉宽检测，在脉宽最窄时刻FPGA（7）输出控制信号到驱动电路（8），控制驱动电路（8）输出驱动信号到工频逆变电路（5）中，驱动工频逆变电路（5）对整流电路二（4）输出的正弦半波信号进行直流—-交流变换，工频逆变电路（5）输出电压经过滤波之后，输出频率为50HZ的正弦交流电。
2.基于脉宽识别的IPT系统包络线调制方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：整流电路一（1）对50HZ的工频电进行整流处理，得到频率为100HZ的正弦半波；
第二步：将100HZ的正弦半波由高频逆变电路（2）进行高频逆变，得到一组正弦波,该组正弦波的包络曲线是正弦曲线，且正弦曲线的频率为50HZ；
第三步：将高频逆变电路（2）输出的一组正弦波输入感应耦合电路（3）的原边耦合电路，感应耦合电路（3）的副边耦合电路也得到与原边耦合电路相同的包络曲线；
第四步：整流电路二（4）对感应耦合电路（3）副边耦合电路输出的信号进行整流处理，得到一组正弦半波，该组正弦半波的包络曲线是频率为100HZ的正弦半波；该组正弦半波输入工频逆变电路（5）；并且感应耦合电路（3）中副边耦合电路的谐振电流（is）通过电流互感器（R）检测，电流互感器（R）将检测到的电流转换为电压并与一个给定电压（VT）同时输入比较器（6）进行比较，比较器（6）输出一组脉宽不同的信号到FPGA（7）检测脉宽，在脉宽最窄时刻FPGA（7）输出控制信号到驱动电路（8），控制驱动电路（8）输出驱动信号到工频逆变电路（5）中，驱动工频逆变电路（5）对整流电路二（4）输出的正弦半波信号进行直流—-交流变换；
第五步：将工频逆变电路（5）输出信号进行滤波处理，输出频率为50HZ的正弦交流电。
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