CN106712315A - 逆变电路的控制方法和电能变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种逆变电路的控制方法和电能变换装置，属于充电供电技术领域，该逆变电路的控制方法包括以下步骤：接收功能选择信号；根据功能选择信号确定逆变电路所需执行的功能，所需执行的功能包括无线输电和变频；当确定逆变电路所需执行的功能为无线输电时，接收第一需求频率信号；根据第一需求频率信号生成第一控制信号，第一控制信号用于控制逆变电路输出第一交流电，第一交流电的频率为第一需求频率，第一需求频率是预设的固定频率。该控制方法可以控制逆变电路处于不同的工作模式以实现不同的功能，从而实现了逆变电路的功能复用。

Description

逆变电路的控制方法和电能变换装置

技术领域

本发明涉及充电供电技术领域，具体涉及一种逆变电路的控制方法和电能变换装置。

背景技术

随着无线技术的发展，无线电能传输是一种新型的电能传输方式。所谓无线电能传输，即在没有电缆的情况下，靠电磁场或其他的物质进行耦合，实现电能的无线传输。无线充电利用物理学的“共振”原理——两个振动频率相同的物体能高效传输能量。无线传输电能包括：耦合电感式、电磁谐振式和光耦合这三种常见的无线充电方式，其中电磁谐振式能达到比较高的效率，被广泛地应用到无线充电产业的各个领域。

现有技术中的一种无线充电电路，包括：谐振电感的一次侧电路、谐振电感的二次侧电路和控制电路；其中谐振电感的一次侧电路包括：第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、谐振电感的初次侧谐振电路；谐振电感的二次侧电路包括：谐振电感的二次侧谐振电路、电子电容电路、第二二极管全桥整流电路、充电电池；控制电路包括：第一电压传感器、第二电压传感器、AD转换模块电路、DSP控制电路和PWM驱动电路；输入电源AC通过第一二极管全桥整流电路产生直流电压，再经过高频逆变电路产生高频交流电压，通过谐振电感的初次侧，将能量传输到谐振电感的二次侧，接着经过电子电容电路追踪谐振频率，最后经过第二二极管全桥整流电路来给电池充电；控制电路通过第一电压传感器和第二电压传感器采样电压作为输入，控制电路输出的八路驱动信号控制开关管的动作达到最高的充电效率。

上述无线充电电路功能单一，只能实现无线充电功能，不能充分利用该电路以实现更多的功能。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中的无线充电电路功能单一，只能实现无线充电功能。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种逆变电路的控制方法，包括以下步骤：接收功能选择信号；根据功能选择信号确定逆变电路所需执行的功能，所需执行的功能包括无线输电和变频；当确定逆变电路所需执行的功能为无线输电时，接收第一需求频率信号；根据第一需求频率信号生成第一控制信号，第一控制信号用于控制逆变电路输出第一交流电，第一交流电的频率为第一需求频率，第一需求频率是预设的固定频率。

可选地，该控制方法还包括：当确定逆变电路所需执行的功能为变频时，接收第二需求频率信号；根据第二需求频率信号生成第二控制信号，第二控制信号用于控制逆变电路输出第二交流电，第二交流电的频率为第二需求频率，第二需求频率是按照预设规律变化的频率。

可选地，该方法还包括：

获取第一交流电的实际频率；获取第一交流电的实际频率与第一需求频率的第一差值；根据第一差值调整第一控制信号。

可选地，该控制方法还包括：获取第二交流电的实际频率；获取第二交流电的实际频率与第二需求频率的第二差值；根据第二差值调整第二控制信号。

一种电能变换装置，包括：逆变电路；驱动电路，用于控制逆变电路中的开关晶体管的导通或截止；处理器，用于上述任一种逆变电路的控制方法向驱动电路发送控制信号。

可选地，逆变电路为三相桥式逆变电路，第一控制信号用于控制其中的两相桥臂工作以输出单相的第一交流电，第二控制信号控制三相桥式逆变电路工作以输出三相的第二交流电。

可选地，该装置还包括：无线电能发送电路，与逆变电路连接，用于接收第一交流电并以无线方式输出；和无线电能接收电路，用于以无线方式接收无线电能发送电路输出的交流电。

可选地，该装置还包括第一检测电路，用于检测逆变电路输出的第二交流电的信号参数，处理器根据第二交流电的信号参数调整第二控制信号。

可选地，该装置还包括第二检测电路，用于检测无线电能发送电路的电流和电压，处理器根据无线电能发送电路的电流和电压调整第一控制信号。

可选地，该装置还包括软启动电路，软启动电路包括并联的电阻和可控开关，软启动电路与逆变电路的输入端串联，可控开关的控制信号根据逆变电路的输入电压获得。

可选地，该装置还包括第一整流电路，第一整流电路用于将交流电网的交流电转换为直流电，第一整流电路的输出端与逆变电路的输入端连接。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的逆变电路的控制方法，可以控制逆变电路处于不同的工作模式以实现不同的功能，从而实现了逆变电路的功能复用。当逆变电路被切换为无线输电功能时，首先需获取无线输电所需的交流电频率，也即第一需求频率，然后根据该第一需求频率来生成相应的第一控制信号，最后根据第一控制信号来控制逆变电路中的开关晶体管动作频率，从而使得逆变电路输出的交流电的频率与第一需求频率相一致，进而实现高效率的无线输电功能。

2.本发明实施例提供的逆变电路的控制方法，可以控制逆变电路处于不同的工作模式以实现不同的功能，从而实现了逆变电路的功能复用。当逆变电路被切换为变频功能时，首先获取所需的交流电频率，也即第二需求频率，该第二需求频率是根据负载的需要而实时变化的，然后根据该第二需求频率来生成相应的第二控制信号，最后根据第二控制信号来控制逆变电路中的开关晶体管动作频率，从而使得逆变电路输出的交流电的频率与第二需求频率相一致，进而实现变频功能。

3.本发明实施例提供的电能变换装置，与上述逆变电路的控制方法相结合，可以实现无线输电和变频器两种功能，且该两种功能可以通过拨码开关很方便地切换。从而解决了无线输电装置或变频器功能单一、电路不能被充分利用的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种逆变电路的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例1中另一种逆变电路的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例2中电能变换装置的原理图；

图4为本发明实施例2中电能变换装置的部分电路图；

图5为本发明实施例2中无线电能接收电路的电路图；

图6为本发明实施例2中另一种电能变换装置的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种逆变电路的控制方法，包括以下步骤：

S1：接收功能选择信号，该功能选择信号可由拨码开关设置，拨码开关的操作便捷且成本低。

S2：根据功能选择信号确定逆变电路所需执行的功能，所需执行的功能包括无线输电和变频，也即逆变电路有两种工作模式，该两种工作模式是由拨码开关来切换的。

S3：当确定逆变电路所需执行的功能为无线输电时，接收第一需求频率信号。

S4：根据第一需求频率信号生成第一控制信号，该第一控制信号用于控制逆变电路输出第一交流电，第一交流电的频率为第一需求频率，第一需求频率是预设的固定频率，其是无线输电模式下所需的频率，与无线输电电路(谐振电路)的工作频率相对应(一致)，以提高输电效率。

本实施例提供的逆变电路的控制方法，可以控制逆变电路处于不同的工作模式以实现不同的功能，从而实现了逆变电路的功能复用。当逆变电路被切换为无线输电功能时，首先需获取无线输电所需的交流电频率，也即第一需求频率，然后根据该第一需求频率来生成相应的第一控制信号，最后根据第一控制信号来控制逆变电路中的开关晶体管动作频率，从而使得逆变电路输出的交流电的频率与第一需求频率相一致，进而实现高效率的无线输电功能。

作为其他可选的实施方式，如图2所示，该方法还包括以下步骤：

S5：当确定逆变电路所需执行的功能为变频时，接收第二需求频率信号；

S6：根据第二需求频率信号生成第二控制信号，第二控制信号用于控制逆变电路输出第二交流电，第二交流电的频率为第二需求频率，第二需求频率是按照预设规律变化的频率。

本实施例提供的逆变电路的控制方法，可以控制逆变电路处于不同的工作模式以实现不同的功能，从而实现了逆变电路的功能复用。当逆变电路被切换为变频功能时，首先获取所需的交流电频率，也即第二需求频率，该第二需求频率是根据负载的需要而实时变化的，然后根据该第二需求频率来生成相应的第二控制信号，最后根据第二控制信号来控制逆变电路中的开关晶体管动作频率，从而使得逆变电路输出的交流电的频率与第二需求频率相一致，进而实现变频功能。

作为其中一种可选的实施方式，该方法还包括以下步骤：

首先，获取第一交流电的实际频率，该第一交流电的实际频率可以通过检测获取；

然后，获取第一交流电的实际频率与第一需求频率的第一差值；

最后，根据第一差值调整第一控制信号。

本实施例提供的逆变电路的控制方法，当其控制逆变电路处于无线输电工作模式时，需要检测逆变电路输出的第一交流电的实际频率，然后将其与第一需求频率进行比较并获取差值，最后根据该差值调整第一控制信号，从而实现了反馈控制，提高了逆变电路输出交流电频率的准确性和稳定性，进而保证了电能传输的高效性。

作为本申请的另一种可选实施方式，该方法还包括以下步骤：

首先，获取第二交流电的实际频率；

然后，获取第二交流电的实际频率与第二需求频率的第二差值；

最后，根据第二差值调整第二控制信号。

本实施例提供的逆变电路的控制方法，当其控制逆变电路处于变频工作模式时，需要检测逆变电路输出的第二交流电的实际频率，然后将其与第二需求频率进行比较并获取差值，最后根据该差值调整第二控制信号，从而实现了反馈控制，以使得逆变电路输出交流电的频率能随着需求频率的变化而准确地调整。

实施例2

如图3所示，本施例提供一种电能变换装置，包括：

逆变电路；

驱动电路，用于控制逆变电路中的开关晶体管的导通或截止，该开关晶体管具体可以IGBT管，该驱动电路具体选用隔离驱动电路以保证电路安全；

处理器，用于根据上述实施例1所提供的逆变电路的控制方法向驱动电路发送控制信号。当处理器根据拨码开关的位置确定用户当前选择逆变电路处于无线输电模式时，即根据接收的第一需求频率信号输出第一控制信号，驱动电路根据第一控制信号控制逆变电路中的开关晶体管按一定时间间隔导通或截止，从而逆变电路可以输出频率为第一需求频率的第一交流电。该第一需求频率是根据无线输电电路的参数特征来确定的，以保证电能传输的效率最大。因此，针对特定的无线输电电路，其对应的第一需求频率是固定不变的。当处理器根据拨码开关的位置确定用户当前选择逆变电路处于变频器模式时，即根据接收的第二需求频率信号输出第二控制信号，驱动电路根据第一控制信号控制逆变电路中的开关晶体管按一定的时间间隔导通或截止，从而逆变电路可以输出频率为第二需求频率的第二交流电。该第二需求频率是根据负载的需要来确定的，且该第二需求频率是随着时间变化而变化的。该处理器具体可以是数字信号处理器(DSP芯片)，DSP芯片资源丰富并集成了各类接口，可以直接通过编写程序进行范围控制。

本实施例提供的电能变换装置，与上述实施例1所提供的逆变电路的控制方法相结合，可以实现无线输电和变频器两种功能，且该两种功能可以通过操作便捷且成本低的拨码开关很方便地切换。从而解决了无线输电装置或变频器功能单一、电路不能被充分利用的问题。

如图3和4所示，作为其中一种可选的实施方式，逆变电路为三相桥式逆变电路，第一控制信号用于控制其中的两相桥臂工作以输出单相的第一交流电，第二控制信号控制三相桥式逆变电路工作以输出三相的第二交流电。也即当作为无线输电装置时利用两相半桥功率器件拓扑结构作为逆变器，当作为变频器时利用整个三相桥式逆变电路。具体地，该逆变电路包括Q1-Q6六个开关晶体管，其中开关晶体管Q1的第一端与开关晶体管Q2的第一端连接、开关晶体管Q3的第一端与开关晶体管Q4的第一端连接、开关晶体管Q5的第一端与开关晶体管Q6的第一端连接，开关晶体管Q1的第二端、开关晶体管Q3的第二端和开关晶体管Q5的第二端相互连接，开关晶体管Q2的第二端、开关晶体管Q4的第二端和开关晶体管Q6的第二端相互连接。当该电能变换装置处于无线输电模式时，处理器输出第一控制信号分别控制与开关晶体管Q1-Q4连接的驱动电路，以控制开关晶体管Q1-Q4按照一定间隔通断，从而输出单相的第一交流电。当该电能变换装置处于变频器模式时，处理器输出第二控制信号分别控制与开关晶体管Q1-Q6连接的驱动电路，以控制开关晶体管Q1-Q6按照一定间隔通断，从而输出三相的第二交流电。

具体地，该电能变换装置还包括：无线电能发送电路和无线电能接收电路；

如图4所示，无线电能发送电路，与逆变电路连接，用于接收第一交流电并以无线方式输出，该无线电能发送电路包括第一谐振电路，具体地，第一谐振电路包括串联的电感L1和电容C2，电感L1的另一端与开关晶体管Q1和Q2的连接处连接，电容C2的另一端与开关晶体管Q3和Q4的连接处连接；

如图5所示，无线电能接收电路，用于以无线方式接收无线电能发送电路输出的交流电，该无线电能接收电路包括与第一谐振电路相配合的第二谐振电路，以接收第一谐振电路输出的电磁能量并转化为高频交流电。具体地，第二谐振电路包括串联的电容C3和电感L2，电感L2的另一端和电容C3的另一端分别作为第二谐振电路的输出端。

本实施例提供的电能变换装置，当其处于无线输电模式时，无线电能发送电路和无线电能接收电路是其必不可少的电路组成部分。本实施例利用谐振电路通过电磁耦合作用来实现无线电能发送电路和无线电能接收电路之间的电能传输功能，其电路结构简单，传输效率高。

另外，如图5所示，该装置的无线电能接收电路还可以包括第二整流电路和DC/DC变换电路，第二整流电路用于将接收到的交流电转换为直流电，DC/DC变换电路用于调整电压大小，从而调节输出功率。具体地，第二整流电路是由二极管D7-D9组成的整流桥，其输入端与第二谐振电路的输出端连接、其输出端与DC/DC变换电路的输入端连接，该DC/DC变换电路具体可以是BOOST升压电路。该DC/DC变换电路的输出端接负载。

作为本申请的优先实施方式，如图6所示，该电能变换装置还包括第一检测电路，用于检测逆变电路输出的第二交流电的信号参数，处理器根据第二交流电的信号参数调整第二控制信号。其中，第二交流电的信号参数包括电流检测，具体可以利用三个电流霍尔传感器分别检测三相电流信号。

本实施例提供的电能变换装置，利用第一检测电路来检测其输出的第二交流电的信号参数，从而处理器可以根据该信号参数获取第二交流电的实际频率，然后将该实际频率与第二需求频率相比并获取差值，再根据差值调整第二控制信号，从而实现反馈控制，以使得处于变频器模式的电能变换装置输出的第二交流电的频率能随着第二需求频率的变化而精确地调整。

当该电能变换装置工作在变频模式，且所接的负载为电机时，第二需求频率是根据电机的需求转速来确定的。此时还可以检测电机的实际转换，并与电机的需求转速进行比较，根据其差值来调整控制逆变电路开关晶体管的第二控制信号。

另外，如图6所示，为了提高无线输电模式时电能的传输效率，该电能变换装置还可以包括第二检测电路，用于检测无线电能发送电路的电流和电压，处理器根据无线电能发送电路的电流和电压调整第一控制信号。具体地，第二检测电路用于检测无线电能发送电路中线圈L1的电流和高频电容C2的电压。第二检测电路还通过WiFi通信模块与无线电能接收电路的处理器(控制主板)进行实时数据传输，从而在无线电能发送电路和无线电能接收电路之间传递反馈信号形成闭环反馈，以使得该装置在无线输电模式下可以稳定高效地工作。

本实施例提供的电能变换装置，利用第二检测电路检测无线电能发送电路的电流和电压，从而处理器可以根据该电流和电压获取该装置输出的第一交流电的实际频率，然后将其与第一需求频率比较并获取差值，最后根据该差值调整第一控制信号，从而实现了反馈控制。也即通过频率跟踪控制策略产生控制逆变电路中的开关晶体管的PWM信号。该装置通过设置第二检测电路提高了处于变频器模式的电能变换装置输出的第一交流电频率的准确性和稳定性，进而保证了电能传输的高效性，充分利用逆变电路输入端电压、避免能源浪费。

作为本申请进一步优选的具体实施方式，如图4和6所示，该电能变换装置还包括软启动电路，软启动电路包括并联的电阻R和可控开关K1，软启动电路与逆变电路的输入端串联，可控开关的控制信号根据逆变电路的输入电压获得。其中，逆变电路的输入电压具体可通过电压采样电路采样获得，并采用由运算放大器等组成的电压调整电路进行调整。当逆变电路的输入电压大于设定值时，放大器组成的电压调整电路输出高电平控制软启动器吸合，即断开可控开关K1，以保护后续电路。

本实施例提供的电能变换装置，在逆变电路的输入端串联了软启动电路，以防止整机上电时冲击电流过大，导致后续电路器件损坏。

作为本申请其他可替换的具体实施方式，如图4和6所示，该电能变换装置还包括第一整流电路，第一整流电路用于将交流电网的交流电转换为直流电，第一整流电路的输出端与逆变电路的输入端连接。也即该装置可以利用第一整流电路实现由交流电网供电。具体地，该第一整流电路是由二极管D1-D6组成的三相整流桥。另外，该装置还包括滤波电容C1，滤波电容C1与第一整流电路的输出端并联。而该电能变换装置中的处理器可由开关电源供电。

在该电能变换装置处于变频器模式下时，还可以采用RS485通讯与外显示板或计算机进行实时数据跟踪以便调试参数。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种逆变电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收功能选择信号；

根据所述功能选择信号确定所述逆变电路所需执行的功能，所需执行的功能包括无线输电和变频；

当确定所述逆变电路所需执行的功能为无线输电时，接收第一需求频率信号；

根据所述第一需求频率信号生成第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述逆变电路输出第一交流电，所述第一交流电的频率为第一需求频率，所述第一需求频率是预设的固定频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当确定所述逆变电路所需执行的功能为变频时，接收第二需求频率信号；

根据所述第二需求频率信号生成第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述逆变电路输出第二交流电，所述第二交流电的频率为第二需求频率，所述第二需求频率是按照预设规律变化的频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述第一交流电的实际频率；

获取所述第一交流电的实际频率与所述第一需求频率的第一差值；

根据所述第一差值调整所述第一控制信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述第二交流电的实际频率；

获取所述第二交流电的实际频率与所述第二需求频率的第二差值；

根据所述第二差值调整所述第二控制信号。

5.一种电能变换装置，其特征在于，包括：

逆变电路；

驱动电路，用于控制所述逆变电路中的开关晶体管的导通或截止；

处理器，用于根据权利要求1-4中任一项所述的逆变电路的控制方法向所述驱动电路发送控制信号。

6.根据权利要求5所述的电能变换装置，其特征在于，所述逆变电路为三相桥式逆变电路，第一控制信号用于控制其中的两相桥臂工作以输出单相的第一交流电，第二控制信号控制所述三相桥式逆变电路工作以输出三相的第二交流电。

7.根据权利要求5所述的电能变换装置，其特征在于，还包括：

无线电能发送电路，与所述逆变电路连接，用于接收第一交流电并以无线方式输出；和

无线电能接收电路，用于以无线方式接收所述无线电能发送电路输出的交流电。

8.根据权利要求5或6所述的电能变换装置，其特征在于，还包括第一检测电路，用于检测所述逆变电路输出的第二交流电的信号参数，所述处理器根据所述第二交流电的信号参数调整第二控制信号。

9.根据权利要求7所述的电能变换装置，其特征在于，还包括第二检测电路，用于检测所述无线电能发送电路的电流和电压，所述处理器根据所述无线电能发送电路的电流和电压调整第一控制信号。

10.根据权利要求5-7中任一项所述的电能变换装置，其特征在于，还包括软启动电路，所述软启动电路包括并联的电阻和可控开关，所述软启动电路与所述逆变电路的输入端串联，所述可控开关的控制信号根据所述逆变电路的输入电压获得。

11.根据权利要求5-7中任一项所述的电能变换装置，其特征在于，还包括第一整流电路，所述第一整流电路用于将交流电网的交流电转换为直流电，所述第一整流电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接。