CN109474194B - 无线输电接收系统半控整流桥软开关电路 - Google Patents

无线输电接收系统半控整流桥软开关电路 Download PDF

Info

Publication number
CN109474194B
CN109474194B CN201811561633.4A CN201811561633A CN109474194B CN 109474194 B CN109474194 B CN 109474194B CN 201811561633 A CN201811561633 A CN 201811561633A CN 109474194 B CN109474194 B CN 109474194B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupled
resistor
voltage
rectifier bridge
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811561633.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109474194A (zh
Inventor
杨国勋
寇秋林
姚辰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yichuang Zhilian Zhejiang Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Wanji Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Wanji Electronic Technology Co ltd filed Critical Shanghai Wanji Electronic Technology Co ltd
Priority to CN201811561633.4A priority Critical patent/CN109474194B/zh
Publication of CN109474194A publication Critical patent/CN109474194A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109474194B publication Critical patent/CN109474194B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本发明提供了一种无线输电接收系统半控整流桥软开关电路，包括耦接于接收线圈和负载之间的主功率电路，以及辅助控制电路；主功率电路包括母线电解电容Co、谐振电容Cs、开关管Qs、二极管D1、D2和D3；辅助控制电路包括集成运放、比较器、逻辑电路和光耦等。正常工作时，接收线圈上存在发射线圈引起的感应电压。通过采样电阻分压和隔离光耦转换，可检测出整流桥输入侧的负电压的时序。利用线性运放和比较器，将期望电压与实际电压比较，产生PWM控制信号。将控制信号和之前的负电压信号进行“与”逻辑，输出的信号将保证半控整流桥的开关管在体二极管导通时开通，实现软开关的功能。

Description

无线输电接收系统半控整流桥软开关电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种用于无线输电接收系统中的带交流电压检测、负载电压控制和逻辑运算的软开关控制电路。
背景技术
无线输电系统是电力电子领域的一个重要组成部分，目前针对无线输电系统的研究非常广泛。
针对无线输电系统接收侧电压的调节控制，研究人员提出了发射侧间接控制和接收侧直接控制两类控制方法。在发射侧进行接收侧电压控制的方法由于通信和系统惯性存在控制延迟的问题。而在接收侧进行直接控制可以实现更快的响应速度。目前接收侧电压控制的方法，一种是在整流桥和负载间加入DC/DC变化电路，另一种是采用全桥控制器替换整流桥。但是两种方法都不可避免的会大大增加接收器体积。此外考虑功率损耗时，大电流流过开关管时产生的功率损耗远小于相同电流流经二极管时产生的损耗，能够增加系统的转化效率。在此情况下，半控整流桥电路成为一个很好的选择，既能减小体积，又能实现电压调节，还能在一定程度上降低损耗。
但是目前针对此半控整流桥的软开关方法研究很少。而实际工程应用中，软开关技术在大功率的整流电路中是极其必要的。一来能减少由于硬开关而造成的功率损耗，二来也减少了硬开关引起的电压电流尖峰和谐波。
综上所述，随着无线输电技术的推广和副边电压整流的需要，半控整流桥将会有很广泛的应用。同时，针对其中开关管的软开关技术也必不可少，将是很重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种可应用于无线输电系统半控整流桥，实现其中开关管软开关的电路。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种无线输电接收系统半控整流桥软开关电路，包括耦接于接收线圈和负载之间的主功率电路，以及辅助控制电路；
所述主功率电路包括母线电解电容Co、二极管D1-D3、谐振电容Cs及开关管Qs，其中，母线电解电容Co并联耦接于负载电阻R两端，二极管D1、D2的负极耦接母线电解电容Co的一端，二极管D1的正极耦接谐振电容Cs的一端和开关管Qs的D极，谐振电容Cs的另一端耦接接收线圈Ls的一端，二极管D1的正极耦接接收线圈Ls的另一端和二极管D3的负极，二极管D3的正极耦接母线电解电容Co的另一端和开关管Qs的S极；
所述辅助控制电路包括第一采用单元、第二采用单元、电阻R4、采样电容C1、线性运放U1、比较器U2、隔离光耦U3及逻辑与门芯片U4，其中，第一采样单元的输入端用于采集负载电压，输出端耦接线性运放U1的反相端和采样电容C1的一端，采样电容C1的另一端耦接电阻R4的一端，电阻R4的另一端耦接线性运放U1的输出端和比较器U2的同相端，线性运放U1的同相端用于耦接参考电压，比较器U2的反相端用于载波输入，比较器U2的输出端耦接逻辑与门芯片U4的第一输入端，第二采用单元的输入端用于采集主功率电路整流桥输入电压，输出端耦接隔离光耦U3的输入端，隔离光耦U3的输出端耦接逻辑与门芯片U4的第二输入端，逻辑与门芯片U4的输出端耦接开关管Qs的G极。
一种具体实施例中，所述第一采样单元包括电阻R1-R3，其中电阻R1的一端耦接负载电阻R的正极输入端，另一端耦接电阻R2和R3的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端耦接线性运放U1的反相端。
一种具体实施例中，所述第二采样单元包括电阻R5-R7，其中电阻R5的一端耦接二极管D2的正极，另一端耦接电阻R7的一端和隔离光耦U3的负极输入端，电阻R6的一端耦接二极管D1的正极，另一端耦接电阻R7的另一端和隔离光耦U3的正负极输入端。
本发明的上述各部分电路构成了完整的无线输电接收侧半控整流电路及其软开关电路，利用简单的结构实现了半控整流桥的软开关功能。正常工作时，接收线圈上存在发射线圈引起的感应电压。通过采样电阻分压和隔离光耦转换，可检测出整流桥输入侧的负电压的时序。利用线性运放和比较器，将期望电压与实际电压比较，产生PWM控制信号。将PWM控制信号和之前的负电压信号进行“与”逻辑，输出的信号将保证半控整流桥的开关管在体二极管导通时开通，实现软开关的功能。此电路具有响应速度快、可靠软开关、控制简单的优点。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)利用模拟电路实现电压控制，避免了dsp控制器等数字控制芯片的增加，降低了成本；
(2)利用光耦将反压信号提取出来，与PWM波信号进行与运算，保证驱动信号在开关管体二极管导通时为高电平。
附图说明
图1为本发明一实施例的电路原理图。
图2为本发明一实施例的不带软开关控制电路时的开关管时序图和整流桥输入电压波形。
图3是本发明一实施例的信号时序图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“耦接”包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接。
如图1所示，本实施例提供了一种无线输电接收系统半控整流桥软开关电路，包括耦接于接收线圈和负载之间的主功率电路，以及辅助控制电路。
主功率电路包括母线电解电容Co、二极管D1-D3、谐振电容Cs及开关管Qs，其中，二极管D1-D3及开关管Qs构成了主功率电路整流桥。
具体的，母线电解电容Co并联耦接于负载电阻R两端，二极管D1、D2的负极耦接母线电解电容Co的一端，二极管D1的正极耦接谐振电容Cs的一端和开关管Qs的D极，谐振电容Cs的另一端耦接接收线圈Ls的一端，二极管D1的正极耦接接收线圈Ls的另一端和二极管D3的负极，二极管D3的正极耦接母线电解电容Co的另一端和开关管Qs的S极。
辅助控制电路包括第一采用单元、第二采用单元、电阻R4、采样电容C1、线性运放U1、比较器U2、隔离光耦U3及逻辑与门芯片U4。
具体的，第一采样单元的输入端用于采集负载电压，输出端耦接线性运放U1的反相端和采样电容C1的一端，采样电容C1的另一端耦接电阻R4的一端，电阻R4的另一端耦接线性运放U1的输出端和比较器U2的同相端，线性运放U1的同相端用于耦接参考电压，比较器U2的反相端用于载波输入，比较器U2的输出端耦接逻辑与门芯片U4的第一输入端。
第二采用单元的输入端用于采集主功率电路整流桥输入电压，输出端耦接隔离光耦U3的输入端，隔离光耦U3的输出端耦接逻辑与门芯片U4的第二输入端，逻辑与门芯片U4的输出端耦接开关管Qs的G极。
作为一种优选实施方案，第一采样单元包括电阻R1-R3，其中电阻R1的一端耦接负载电阻R的正极输入端，另一端耦接电阻R2和R3的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端耦接线性运放U1的反相端。
作为一种优选实施方案，第二采样单元包括电阻R5-R7，其中电阻R5的一端耦接二极管D2的正极，另一端耦接电阻R7的一端和隔离光耦U3的负极输入端，电阻R6的一端耦接二极管D1的正极，另一端耦接电阻R7的另一端和隔离光耦U3的正负极输入端。
下面结合附图2、3对本发明电路的原理及其技术优点作进一步说明：
若没有应用本发明的软开关电路，当主功率电路整流桥输入电压为正时，开通开关管Qs将导致电压由正突变成0V；当整流桥输入电压为0V时，关断开关管Qs将导致电压由0V突变成正，如图2(b)所示。在实际工程中，此开关方式将导致交流电压存在很多硬开关引起的毛刺和突变的电压。若是恰巧在整流桥输入电压为0V时开通开关管Qs或者整流桥输入电压为负时关断开关管Qs，则不会发生交流电压突变的情况。
而本发明的软开关电路具体工作时：
负载电压经第一采样单元分压输入到线性运放U1的反相端，跟参考电压比较后输出一个控制电压信号。控制信号与载波信号经比较器U2比较后输出矩形波控制信号Q，如图3(c)所示，控制信号频率为fQs。整流桥输入电压Vs，如图3(a)所示，经过第二采样单元分压后，输入到隔离光耦U3的输入端。当交流输入为负时，发光二极管导通，隔离光耦输出高电平；当交流输入为正或者0V时，发光二极管关断，隔离光耦输出低电平。因此隔离光耦将输出与交流电压相同频率fo的矩形波信号Vc，如图3(b)所示，其高电平代表了交流负电压信号。将Q与Vc进行与运算，获得了新的控制信号Qs，如图3(d)所示。此信号保证了开关管只在交流输入电压为0V时才会开通或者关断，避免出现硬开关的情况。
本发明的电路可用于开关管需要软开关的领域，能够实现整流桥中开关管的可靠软开关。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种无线输电接收系统半控整流桥软开关电路，其特征在于，包括耦接于接收线圈和负载之间的主功率电路，以及辅助控制电路；
所述主功率电路包括母线电解电容Co、二极管D1-D3、谐振电容Cs及开关管Qs，其中，母线电解电容Co并联耦接于负载电阻R两端，二极管D1、D2的负极耦接母线电解电容Co的一端，二极管D1的正极耦接谐振电容Cs的一端和开关管Qs的D极，谐振电容Cs的另一端耦接接收线圈Ls的一端，二极管D2的正极耦接接收线圈Ls的另一端和二极管D3的负极，二极管D3的正极耦接母线电解电容Co的另一端和开关管Qs的S极；
所述辅助控制电路包括第一采样单元、第二采样单元、电阻R4、采样电容C1、线性运放U1、比较器U2、隔离光耦U3及逻辑与门芯片U4，其中，第一采样单元的输入端用于采集负载电压，输出端耦接线性运放U1的反相端和采样电容C1的一端，采样电容C1的另一端耦接电阻R4的一端，电阻R4的另一端耦接线性运放U1的输出端和比较器U2的同相端，线性运放U1的同相端用于耦接参考电压，比较器U2的反相端用于载波输入，比较器U2的输出端耦接逻辑与门芯片U4的第一输入端，第二采样单元的输入端用于采集主功率电路整流桥输入电压，输出端耦接隔离光耦U3的输入端，隔离光耦U3的输出端耦接逻辑与门芯片U4的第二输入端，逻辑与门芯片U4的输出端耦接开关管Qs的G极；
所述第一采样单元包括电阻R1-R3，其中电阻R1的一端耦接负载电阻R的正极输入端，另一端耦接电阻R2和R3的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端耦接线性运放U1的反相端；
所述第二采样单元包括电阻R5-R7，其中电阻R5的一端耦接二极管D2的正极，另一端耦接电阻R7的一端和隔离光耦U3的负极输入端，电阻R6的一端耦接二极管D1的正极，另一端耦接电阻R7的另一端和隔离光耦U3的正负极输入端。
CN201811561633.4A 2018-12-20 2018-12-20 无线输电接收系统半控整流桥软开关电路 Active CN109474194B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811561633.4A CN109474194B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 无线输电接收系统半控整流桥软开关电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811561633.4A CN109474194B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 无线输电接收系统半控整流桥软开关电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109474194A CN109474194A (zh) 2019-03-15
CN109474194B true CN109474194B (zh) 2024-02-06

Family

ID=65675208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811561633.4A Active CN109474194B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 无线输电接收系统半控整流桥软开关电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109474194B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103779951A (zh) * 2014-01-03 2014-05-07 无锡市产品质量监督检验中心 电动自行车磁耦合谐振式无线充电器
CN104821667A (zh) * 2015-03-16 2015-08-05 中国计量学院 基于低频pwm整流器的磁耦合谐振式无线电能传输装置
CN205646956U (zh) * 2016-04-01 2016-10-12 杨军 一种多手机可移动三维无线充电装置
WO2018126617A1 (zh) * 2017-01-05 2018-07-12 西安特锐德智能充电科技有限公司 一种恒流恒压复合拓扑的无线充电电路
CN108923503A (zh) * 2018-09-07 2018-11-30 中国计量大学 一种基于半控整流电路的高效率无线充电装置
CN109039091A (zh) * 2018-09-12 2018-12-18 上海交通大学 一种应用于无线输电系统的升压电路
CN209217968U (zh) * 2018-12-20 2019-08-06 浙江万安亿创电子科技有限公司 一种无线输电接收系统半控整流桥软开关电路

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2908406B1 (en) * 2012-10-11 2017-12-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Wireless power feeding device
US10218212B2 (en) * 2016-04-15 2019-02-26 The Gillette Company Llc System and apparatus for inductive charging of a handheld device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103779951A (zh) * 2014-01-03 2014-05-07 无锡市产品质量监督检验中心 电动自行车磁耦合谐振式无线充电器
CN104821667A (zh) * 2015-03-16 2015-08-05 中国计量学院 基于低频pwm整流器的磁耦合谐振式无线电能传输装置
CN205646956U (zh) * 2016-04-01 2016-10-12 杨军 一种多手机可移动三维无线充电装置
WO2018126617A1 (zh) * 2017-01-05 2018-07-12 西安特锐德智能充电科技有限公司 一种恒流恒压复合拓扑的无线充电电路
CN108923503A (zh) * 2018-09-07 2018-11-30 中国计量大学 一种基于半控整流电路的高效率无线充电装置
CN109039091A (zh) * 2018-09-12 2018-12-18 上海交通大学 一种应用于无线输电系统的升压电路
CN209217968U (zh) * 2018-12-20 2019-08-06 浙江万安亿创电子科技有限公司 一种无线输电接收系统半控整流桥软开关电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN109474194A (zh) 2019-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9124182B2 (en) DC-DC converter with active clamp circuit for soft switching
CN103269163B (zh) 隔离式电源电路及其控制信号传输电路及方法
CN101860237B (zh) 高功率因数恒流电路及电源
US10063103B2 (en) Contactless power transmission device and power transmission method thereof
CN100557934C (zh) 一种半桥谐振变换器
CN106505866B (zh) 一种三电平全桥直流变换装置
CN103078549A (zh) 一种交直流通用的交流适配器
CN109067226A (zh) 一种五电平升压型逆变器及其控制方法
CN109474194B (zh) 无线输电接收系统半控整流桥软开关电路
CN110579639B (zh) 一种市电过零检测电路及应用该电路的开关电源系统
CN209930164U (zh) 交流-直流转换电路
US20140268962A1 (en) Hybrid dc/ac inverter
CN209217968U (zh) 一种无线输电接收系统半控整流桥软开关电路
US11251698B2 (en) Power factor correction circuit
CN213279477U (zh) 一种铃流电源
CN109510501A (zh) 一种软开关变换器及无线充电系统
CN210724554U (zh) 一种嵌位型升压功率变换电路结构
TWI543513B (zh) 諧振轉換器
CN208820700U (zh) 一种五电平升压型逆变器
Bassan et al. Properties and applications of quadratic converters
CN108667286B (zh) 一种恒流输出的pfc变换器
CN114915197A (zh) 单级升压型逆变电路及其控制模块
CN110729896A (zh) 基于mmc的双向直流变换器及其控制系统
CN104143924A (zh) 一种低成本变频器
CN219145107U (zh) 一种基于直流母线的无线供电电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Floor 2, building 1, No. 211, Chuanda Road, Pudong New Area, Shanghai, 201200

Applicant after: Shanghai Wanji Electronic Technology Co.,Ltd.

Address before: No. 188, Zhongyang Road, Diankou Town, Zhuji City, Shaoxing City, Zhejiang Province

Applicant before: ZHEJIANG WANAN YICHUANG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: 311305, Building 1, 101, 201, 301, Binhe Wealth Factory, No. 88 Binhe Road, Qingshanhu Street, Lin'an District, Hangzhou City, Zhejiang Province (self declared)

Patentee after: Yichuang Zhilian (Zhejiang) Electronic Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: Floor 2, building 1, No. 211, Chuanda Road, Pudong New Area, Shanghai, 201200

Patentee before: Shanghai Wanji Electronic Technology Co.,Ltd.

Country or region before: China

CP03 Change of name, title or address