CN104578455A - 一种新型大功率无线充电系统及其控制方法 - Google Patents

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童为为
邵祥
钟志祥
杜朋
夏晨阳
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Abstract

本发明公开了一种新型大功率无线充电系统及其控制方法，三相/单相矩阵变换器把三相交流电源直接变换成单相高频交流电，经双LCL结构为大功率负载供电。控制电路用于检测三相/单相矩阵变换器输入侧电流和H桥逆变器输出侧电压，然后将检测结果输出至DSP芯片，通过驱动电路控制开关管通断。其显著效果为：该系统直接把三相交流电源变换为单相高频交流电，省去了交-直-交型变换器中直流母线上大容量电解电容，提高了单相交流电容量，双LCL结构增加了系统适应性，控制电路克服了三相/单相矩阵变换器输入电流不对称、谐波含量大等缺点，更适合于大功率负载无线充电，另外该系统大功率负载能量充足时可反馈回电网，实现了能量双向流动。

Description

一种新型大功率无线充电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线电能传输系统，具体涉及一种新型大功率无线充电系统及其控制方法。
背景技术
有线电能传输一般通过插头、插座等电连接器实现电能传输，在电能传输领域得到了广泛使用。但随着用电设备对供电品质、安全性、可靠性等要求的不断提高，无线供电技术应运而生，成为当前电能传输领域的一大研究热点。
目前无线供电技术主要实现的是单相系统小功率供电，然而随着无线供电技术研究的不断深入，越来越多的场合需要进行大功率无线供电，而单相系统一般经过交-直-交变换得到高频交流电，这样不仅系统机构复杂，而且严重限制了高频交流电容量，不适合大功率供电场合，另外传统的补偿方式已经不能满足大功率无线供电需求了。
发明内容
本发明的目的就是针对传统的单相系统大功率无线供电的不足，提出了一种新型大功率无线充电系统及其控制方法。本发明的目的是这样实现的，一种新型大功率无线充电系统及其控制方法，具体方案如下：该系统包括三相交流电源、三相/单相矩阵变换器、原边谐振补偿机构、原边磁能发射机构、副边磁能拾取机构、副边谐振补偿机构、H桥逆变器、大功率负载；三相交流电源经过三相/单相矩阵变换器变换为单相高频交流电，经过原边谐振补偿进入原边磁能发射机构，通过电磁感应，副边磁能拾取机构感应出同频率的交流电后经副边谐振补偿后为大功率负载无线供电；控制电路用于检测三相/单相矩阵变换器输入侧电流和H桥逆变器输出侧电压，然后将检测结果输出至DSP芯片，通过驱动电路控制开关管通断。
所述的系统以原边磁能发射机构和副边磁能拾取机构为界限，两者之间互不接触，实现了电能从原边到副边的无线传输。
所述的三相交流电源经过三相/单相矩阵变换器直接变换为单相高频交流电，省去了交-直-交型变换器中直流母线上大容量电解电容，提高了单相交流电容量，适合于大功率负载无线充电。
所述的三相/单相矩阵变换器是由六个双向开关管组成，每个双向开关是由两个IGBT共射极串联组成。
所述的原边谐振补偿机构、原边磁能发射机构、副边磁能拾取机构及副边谐振补偿机构组成了系统的双LCL结构，提高了对大功率系统的适应性。
所述的大功率负载既可以充当负载，又可以作为电源为电网反馈能量，实现了系统能量双向流动。
所述的一种新型大功率无线充电系统的设计方法，控制电路用于检测三相/单相矩阵变换器输入侧电流和H桥逆变器输出侧电压，然后将检测结果输出至DSP芯片，通过驱动电路控制开关管通断，克服了三相/单相矩阵变换器输入电流不对称、谐波含量大的缺点，且保证了大功率负载供电的稳定性。
有益效果，由于采用了上述方案，相比于传统的单相系统大功率无线供电，该系统直接把三相交流电源变换为单相高频交流电，省去了交-直-交型变换器中直流母线上大容量电解电容，提高了单相交流电容量，双LCL结构增加了系统适应性，控制电路克服了三相/单相矩阵变换器输入电流不对称、谐波含量大的缺点，更适合于大功率负载无线充电，另外该系统大功率负载能量充足时可反馈回电网，实现了能量双向流动。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图。
图中，1、三相交流电源；2、三相/单相矩阵变换器；3、原边谐振补偿机构；4、原边磁能发射机构；5、副边磁能拾取机构；6、副边谐振补偿机构；7、H桥逆变器；8、大功率负载；9、电流检测电路；10、电压检测电路；11、DSP芯片；12、驱动电路。
具体实施方案
实施例1：一种大功率无线供电系统，包括三相交流电源1、三相/单相矩阵变换器2、原边谐振补偿机构3、原边磁能发射机构4、副边磁能拾取机构5、副边谐振补偿机构6、H桥逆变器7、大功率负载8、电流检测电路9、电压检测电路10、DSP芯片11、驱动电路12。
所述的系统以原边磁能发射机构5和副边磁能拾取机构6为界限，两者之间互不接触，实现了电能从原边到副边的无线传输；所述的三相交流电源1经过三相/单相矩阵变换器2直接变换为单相高频交流电，省去了交-直-交型变换器中直流母线上大容量电解电容，提高了单相交流电容量，适合于大功率负载8无线充电。
所述的三相/单相矩阵变换器2是由六个双向开关管组成，每个双向开关是由两个IGBT共射极串联组成。
所述的原边谐振补偿机构3、原边磁能发射机构4、副边磁能拾取机构5及副边谐振补偿机构6组成了系统的双LCL结构，提高了对大功率系统的适应性。
所述的大功率负载8既可以充当负载，又可以作为电源为电网反馈能量，实现了系统能量双向流动。
所述的一种新型大功率无线充电系统的设计方法，控制电路用于检测三相/单相矩阵变换器2输入侧电流和H桥逆变器7输出侧电压，然后和给定值相比较，将检测结果输出至DSP芯片11，通过改变开关管占空比减小误差，控制开关管通断，这样克服了三相/单相矩阵变换器2输入电流不对称、谐波含量大的缺点，且保证了大功率负载8无线供电的稳定性。
所述系统的工作原理是：三相交流电源1经过三相/单相矩阵变换器2变换为单相交流电，经过原边谐振补偿机构3进入原边磁能发射机构4，通过电磁感应，副边磁能拾取机构5感应出同频率的交流电后经副边谐振补偿机构6后为大功率负载8无线供电，控制电路用于检测三相/单相矩阵变换器2输入侧电流和H桥逆变器7输出侧电压，然后将检测结果输出至DSP芯片11，通过驱动电路12控制开关管通断。

Claims (6)

1.一种新型大功率无线充电系统，其特征在于：该系统包括三相交流电源、三相/单相矩阵变换器、原边谐振补偿机构、原边磁能发射机构、副边磁能拾取机构、副边谐振补偿机构、H桥逆变器、大功率负载；三相交流电源经过三相/单相矩阵变换器变换为单相高频交流电，经过原边谐振补偿进入原边磁能发射机构，通过电磁感应，副边磁能拾取机构感应出同频率的交流电后经副边谐振补偿后为大功率负载无线供电；控制电路用于检测三相/单相矩阵变换器输入侧电流和H桥逆变器输出侧电压，然后将检测结果输出至DSP芯片，通过驱动电路控制开关管通断；所述的系统以原边磁能发射机构和副边磁能拾取机构为界限，两者之间互不接触，实现了电能从原边到副边的无线传输。
2.根据权利要求1所述一种新型大功率无线充电系统，其特征在于：三相交流电源经过三相/单相矩阵变换器直接变换为单相高频交流电。
3.据权利要求1所述一种新型大功率无线充电系统，其特征在于：三相/单相矩阵变换器是由六个双向开关管组成，每个双向开关是由两个IGBT共射极串联组成。
4.根据权利要求1所述一种新型大功率无线充电系统，其特征在于：所述的原边谐振补偿机构、原边磁能发射机构、副边磁能拾取机构及副边谐振补偿机构组成了系统的双LCL结构。
5.根据权利要求1所述一种新型大功率无线充电系统，其特征在于：大功率负载既可以充当负载，又可以作为电源为电网反馈能量。
6.根据权利要求1所述一种新型大功率无线充电系统的设计方法，其特征在于：控制电路用于检测三相/单相矩阵变换器输入侧电流和H桥逆变器输出侧电压，然后将检测结果输出至DSP芯片，通过驱动电路控制开关管通断。
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