CN108233751A - 一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统及方法，包括：依次连接的数字处理器模块、隔离驱动模块、四桥臂模块；该系统可以实现将中功率的直流电压信号逆变成稳定的交流信号。该逆变器使用隔离驱动的方法，使数字信号和所要逆变的电信号实现彻底隔离，大大增加系统的稳定性，保证了逆变区发生意外时，数字区电路不受损害，这样保证与逆变器所对应的系统的数字核心得到可靠的保障。

Description

一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统及方法
技术领域
本发明属于非接触充电系统领域，具体说的是一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统及方法。
背景技术
逆变器种类是多种多样，各种逆变器层出不穷，而逆变器都是以IGBT为四桥臂开关管，IGBT往往成本高，开关频率较低，体积大等特点，另外，逆变器的桥臂开关的驱动端直接与数字驱动端直接相连接，这就导致了一但逆变器发生损毁，则数字核心安全就难以得到保障。
本发明采用了MOSFET作为逆变的桥臂的开关，由于所涉及充电器功率不高，体积方面也要考虑做到尽可能小，所以逆变桥臂舍弃了通用的IGBT开关管，本发明可以在输入端输入大约500W的直流电信号，逆变后可以输出频率可调的交流信号，另外，驱动电路采用变压器完全隔离方式，保证数字端和驱动端不受干扰这就为无线提供可靠的保障
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种性能稳定、成本低、可靠性高的的非接触充电系统中的逆变子系统。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统及方法。
一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，包括：依次连接的数字处理器模块、隔离驱动模块、四桥臂模块；
所述数字处理器模块，用于输出数字信号给隔离驱动模块；
所述隔离驱动模块，用于根据接收的数字信号输出驱动控制信号给四桥臂模块；
所述四桥臂模块，连接隔离驱动模块、待逆变的直流信号；用于根据接收的驱动控制信号驱动四个桥臂上的MOS开关管的开通或关断，实现对直流信号的逆变。
所述数字处理模块包括数字处理芯片、供电电路、PWM输出接口；所述数字处理芯片用于在上位机的控制下输出数字信号；所述供电电路用于为数字处理器模块、隔离驱动模块、四桥臂模块提供电能，所述PWM输出接口用于输出PWM数字信号。
所述数字信号为PWM数字信号，并且为两组。
所述数字处理芯片为MCU或DSP芯片。
所述数字处理模块还包括异步通讯口，用于与上位机进行通讯。
所述隔离驱动模块包括：两个驱动IC、两个电子变压器；所述驱动IC用于对接收的数字信号进行去噪放大，所述电子变压器包括原边和副边，用于通过感应方式输出驱动控制信号。
所述两个驱动IC分别各输出一组幅值相等、相位相差180度的驱动信号；所述两个电子变压器的副边各输出一组梯形波信号。
所述电子变压器包括两个副边，两个副边连接四桥臂模块的两个桥臂的MOS开关管，实现原边与副边的隔离驱动。
一种用于中小功率非接触式电力传输逆变方法，包括以下步骤：
步骤1：数字处理器模块的数字处理芯片输出数字信号给隔离驱动模块；
步骤2：隔离驱动模块通过驱动IC对接收的数字信号进行去噪放大、再通过电子变压器的感应输出驱动控制信号给四桥臂模块；
步骤3：四桥臂模块根据其接收的驱动控制信号驱动四个桥臂上的MOS开关管的开通或关断，实现对直流信号的逆变。
所述数字处理器模块输出数字信号为两组PWM数字信号；所述隔离驱动模块对接收的数字信号进行去噪放大后生成两组幅值相等、相位相差180度的驱动信号；所述电子变压器副边输出两组梯形波信号。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明用于非接触式充电系统中将直流信号逆变为交流信号，具有性能稳定，成本低，可靠性强等特点。
2.本发明具有将数字控制模块和四桥臂输出模块实现了完全隔离性质，故保护了数字核心的运行不受四桥臂逆变模块运行时的干扰，且当四桥臂逆变模块发生故障时也不会影响数字控制模块。
3.本发明数字控制核心的PWM频率和占空比是可调的，所以可以灵活的调节逆变信号的频率。
4.本发明中使用MOS管，其变频范围比普通逆变器更大，故其可满足对频率要求较高的场合。
附图说明
图1本发明的系统整体框图；
图2本发明的隔离驱动模块连接图；
图3本发明的隔离驱动模块部分电路连接图；
图4本发明的四桥臂逆变模块部分电路图；
图5本发明的部分驱动波形。
附图中，各个标号的含义如下：
数字标号说明：
数字驱动模块(1)；隔离驱动模块(2)；四桥臂模块(3)；数字处理器模块所产生的PWM(4)；驱动集成电路(5)；电子变压器原边(6)；电子变压器副边(7)；电子变压器副边输出口(8)；电子变压器原边信号输入口(9)；整个电子变压(10)；电子变压器原边输入引脚(11、12)；电子变压器副边输出引脚(13、14、15、16)；四桥臂驱动输入口(17)，四桥臂驱动输入引脚(18，19，20)。
引脚18和地之间输出的电压波形为21，引脚19和引脚20之间输出的电压波形为22。
字母标号说明：
续流二极管(D1，D6)；稳压管(D2，D3，D4，D5)；保护电阻(R4，R3)；限流电阻(R1)；续流耗能电阻(R2，R5)；MOS管(Q1，Q2)；滤直电容(C1)
时刻刻度(t1，t2，t3，t4)。
VT为MOS管开启电压。
具体实施方式
下面结合附图对本充电系统进行详细描述，以便更好的理解本发明。
如附图1所示，本一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，该系统包含数字处理器控制模块1、隔离驱动模块2、四桥臂逆变模块3，且上述三个模块均为独立模块结构。1的输出口与驱动电路模块2的输入口连接，1的PWM频率决定了逆变后电信号的频率。2的输出接入四桥臂逆变模块3，控制3内的开关管状态，达到将直流信号逆变为交流信号的目的。
本发明所提及的隔离驱动模块如附图2所示，数字处理器模块4输出的两组PWM波输入到驱动IC 5，由5得到幅度相等相位相差180°的两组驱动信号，输入到电子变压器原边6，由6和变压器副边7发生感应后，由副边驱动输出口7输出的驱动信号可以直接驱动四桥臂模块的开关管。
本发明所提及的隔离模块部分电路细节如附图3所示，当相位相差180。的两组PWM信号由图2中的4传输到5后，由5进行去噪放大处理后，变成图3中原边PWM输出口9中的等价信号，其中一路输入信号流入C进行滤波，滤除相关直流信号，再流入变成电子变压器原边的引脚12，经过滤波后，电子变压器的引脚12和13中的信号为梯形波，通过感应后在变压器副边输出口8输出的信号也为梯形波，输出的这种波形非常有利于MOS管的控制，防止了逆变瞬间切换方向时的短路，在一定程度上避免了开关管的死区特性，另外变压器副边引脚14和15输出的信号波形相同，而引脚15与16输出的波形相反。
本发明所提及的四桥臂模块部分电路如附图4所示，由于图3中的8与图4中的副边输出17是完全相互连接，即图4中的引脚18、19、20分别对应图3的10的引脚14、15、16，所以19和20引脚对应的两组信号相位相反，保证了开关管Q1的开通与Q2的关断，即其同一侧桥臂的两个开关状态刚好相反。当19的信号状态为逻辑1，20的信号状态为逻辑0，此时开关管Q1的VGS＜0＜VT,其状态为关断状态，而18的信号状态为恰为逻辑1，刚好保证开关管Q2的VGS＞VT＞0,因此开关管Q2开通；当19的信号状态也为逻辑0，20的信号状态为逻辑1，此时开关管Q1中VGS＞VT＞0,其状态为开通状态，而18对应的信号状态为逻辑0，刚好保证开关管Q2的VGS＜0＜VT,因此开关管Q2关断；进一步，为了防止开关管误动作，保证VGS端电压有效，加入了双极稳压管D2、D3、D4、D5来得到稳定的电压，保证VGS的两端电压稳定，另外，由于涉及变压器，故在每组驱动信号线上都加入了保护电路，如D6和R1构成续流保护。综合以上所述，就实现了一半的全桥隔离驱动技术。鉴于另一半桥臂的驱动过程与以上所述相同。
本发明所提及的原边驱动部分电压波形和副边输出波形如图5所示，其为规则的梯形波，从图中可以看出在t1至t2时间段内，18和地之间的输出波形(21)为逻辑1，而此时20和19之间的电压波形(22)为逻辑0，导致开关管Q1的VGS＜0＜VT，开关管Q2的VGS＞VT＞0，实现同一侧桥臂开关状态不同；而在t2至t3时间段内，当18与地之间的电压波形(21)开始呈现下降趋势，而此时20和19之间的电压波形(22)呈上升趋势，当21的值下降使得VGS＝VT时，MOS管内的沟道为最窄，而22所对应的VGS＜0＜VT，即Q1的开启电压还不满足，当在时刻t3时，Q1的VGS＝0＜VT、Q2中VGS＝0＜VT,此刻Q2已经处于截至区中；在t3至t4时间段内，当开关管Q1满足VT＞VGS＞0、Q2中VGS＜0＜VT，此时Q2已经完全截至，而Q1还处在截至区，即此时Q1不导通，当Q1满足0＜VT＜VGS时，即Q1内部的沟道已经形成，Q1开始导通，而Q2在Q1开始导通之前就已经关闭，则整个换向过程就完成了，这种设计在一定程度上避免了死区特性，使系统可靠性增强。另一侧桥臂的换向过程与上述基本一致。

Claims (10)

1.一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，包括：依次连接的数字处理器模块、隔离驱动模块、四桥臂模块；
所述数字处理器模块，用于输出数字信号给隔离驱动模块；
所述隔离驱动模块，用于根据接收的数字信号输出驱动控制信号给四桥臂模块；
所述四桥臂模块，连接隔离驱动模块、待逆变的直流信号；用于根据接收的驱动控制信号驱动四个桥臂上的MOS开关管的开通或关断，实现对直流信号的逆变。
2.按照权利要求1所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，所述数字处理模块包括数字处理芯片、供电电路、PWM输出接口；所述数字处理芯片用于在上位机的控制下输出数字信号；所述供电电路用于为数字处理器模块、隔离驱动模块、四桥臂模块提供电能，所述PWM输出接口用于输出PWM数字信号。
3.按照权利要求2所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，所述数字信号为PWM数字信号，并且为两组。
4.按照权利要求2所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，所述数字处理芯片为MCU或DSP芯片。
5.按照权利要求2所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，所述数字处理模块还包括异步通讯口，用于与上位机进行通讯。
6.按照权利要求1所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，所述隔离驱动模块包括：两个驱动IC、两个电子变压器；所述驱动IC用于对接收的数字信号进行去噪放大，所述电子变压器包括原边和副边，用于通过感应方式输出驱动控制信号。
7.按照权利要求6所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，所述两个驱动IC分别各输出一组幅值相等、相位相差180度的驱动信号；所述两个电子变压器的副边各输出一组梯形波信号。
8.按照权利要求6所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变系统，其特征在于，所述电子变压器包括两个副边，两个副边连接四桥臂模块的两个桥臂的MOS开关管，实现原边与副边的隔离驱动。
9.一种用于中小功率非接触式电力传输逆变方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：数字处理器模块的数字处理芯片输出数字信号给隔离驱动模块；
步骤2：隔离驱动模块通过驱动IC对接收的数字信号进行去噪放大、再通过电子变压器的感应输出驱动控制信号给四桥臂模块；
步骤3：四桥臂模块根据其接收的驱动控制信号驱动四个桥臂上的MOS开关管的开通或关断，实现对直流信号的逆变。
10.按照权利要求9所述一种用于中小功率非接触式电力传输逆变方法，其特征在于，所述数字处理器模块输出数字信号为两组PWM数字信号；所述隔离驱动模块对接收的数字信号进行去噪放大后生成两组幅值相等、相位相差180度的驱动信号；所述电子变压器副边输出两组梯形波信号。
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