CN110297120A - 磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路 - Google Patents

磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路，所述磁感应式无线电能传输系统包括地面控制电路以及设于地面上的原边线圈，所述原边线圈电流测量电路包括：输出电压采样电路，用于对地面控制电路的输出电压进行处理并输出经过处理后的地面控制电路的输出电压；以及，输出电流采样电路，用于对逆变器的输出电流进行处理并输出经过处理后的逆变器的输出电流所对应的电压。本发明的原边线圈电流测量电路可以实现对原边线圈电流的间接测量，通过实时监测原边线圈电流大小进而判断系统运行状态，保证系统运行的可靠性；该原边线圈电流测量电路结构简单，成本很低且可以实现远距离测量。

Description

磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路。
背景技术
电动汽车需要经常或每天充电，电动汽车采用无线充电时，由于无线电能传输(WPT)系统的线圈放置在地面端，而测量电路在地面端控制柜中，两者相距大概5-7m，所以采用直接测量线圈电流的方法存在困难并且需要增加成本，而WPT系统又需要实时监测原边线圈电流大小以判断系统运行状态，因此需要一种电路，以实现对原边线圈电流的间接测量。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路，所述磁感应式无线电能传输系统包括地面控制电路以及设于地面上的原边线圈；
所述地面控制电路包括直流电源Us、由功率管Q1-Q4组成的逆变器以及谐振阻抗Zv，所述原边线圈包括谐振电容C1和C2、原边电感Lp以及副边反射到原边的等效阻抗Z1，其中，功率管Q1和Q2的漏极D连接直流电源Us的正极，直流电源Us的负极接地，功率管Q3和Q4的源极S均接地，功率管Q2的源极S连接谐振阻抗Zv的一端，谐振电容C1的一端连接谐振阻抗Zv的另一端和谐振电容C2的一端，谐振电容C1的另一端连接功率管Q1的源极S和功率管Q3的漏极以及等效阻抗Z1的一端，谐振电容C2的另一端连接原边电感Lp的一端，等效阻抗Z1的另一端连接原边电感Lp的另一端；
所述原边线圈电流测量电路包括：
输出电压采样电路，用于对地面控制电路的输出电压进行处理并输出经过处理后的地面控制电路的输出电压Vo1；以及，
输出电流采样电路，用于对逆变器的输出电流进行处理并输出经过处理后的逆变器的输出电流所对应的电压Vo2。
进一步地，设逆变器的输出电流为Iinv，原边线圈电流为Ip，流经电容C1的电流为I1，则：
Ip＝Iinv-I1 (1)
根据电容的电压电流关系式得：
其中，U1为地面控制电路的输出电压。
进一步地，所述输出电压采样电路包括地面控制电路的输出电压U1、电容C3和C4、电阻R1-R8以及运算放大器一，其中，电容C3和C4分别表示为ESC_C3和ESC_C4，地面控制电路输出电压U1的一端连接电容C3的一端、另一端连接电容C4的一端，电容C3的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R3的一端和电阻R5的一端，电容C4的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R4的一端和电阻R6的一端，电阻R3的另一端和电阻R4的另一端连接至电源V1，电阻R5的另一端连接电阻R7的一端和运算放大器一的同相输入端，电阻R7的另一端连接至电源V1，电阻R6的另一端连接电阻R8的一端和运算放大器一的反相输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器一的输出端Vo1。
进一步地，电阻R5＝R6，R7＝R8，由输出电压采样电路得到Vo1与U1的关系式为：
进一步地，所述输出电流采样电路包括霍尔传感器、电容C5-C7、电阻R9-R13以及运算放大器二，其中，霍尔传感器用于将逆变器的输出电流转换为标准电流，电阻R9并联于霍尔传感器的两端且用于将电流信号转换为电阻信号，电容C5的一端连接电阻R9的一端、另一端连接电阻R10的一端，电容C6并联于电阻R11的两端，电阻R10的另一端连接电阻R11的一端和运算放大器二的同相输入端，电阻R9的另一端和电阻R11的另一端连接至电源V2，电容C7的一端连接电源V2、另一端连接电阻R12的一端，电容C8并联于电阻R13的两端，电阻R12的另一端连接电阻R13的一端和运算放大器二的反相输入端，电阻R13的另一端连接运算放大器二的输出端Vo2。
进一步地，由输出电流采样电路得到Vo2与Iinv的关系式为：
Vo2＝k×Iinv×R9 (4)。
进一步地，根据公式(2)、(3)和(4)求得原边线圈电流：
本发明的有益效果是：
本发明的原边线圈电流测量电路可以实现对原边线圈电流的间接测量，通过实时监测原边线圈电流大小进而判断系统运行状态，保证系统运行的可靠性；该原边线圈电流测量电路结构简单，成本很低且可以实现远距离测量。
附图说明
图1为本发明实施例所述的磁感应式无线电能传输系统的电路示意图。
图2为本发明实施例所述的地面控制电路输出电压采样电路示意图。
图3为本发明实施例所述的逆变器输出电流采样电路示意图。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例所述的一种磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路，所述磁感应式无线电能传输系统包括地面控制电路以及设于地面上的原边线圈。其中，原边线圈设置于电动汽车停车位适当的停放区域，电动汽车停放时尽量使得车辆车载线圈(即副边线圈)的安装位置对应所述原边线圈；所述地面控制电路放置在一个控制柜中，所述控制柜一般固定在停车位前方的墙面或柱子上。当电动汽车停放在停车位上并熄火关闭后，所述磁感应式无线电能传输系统供电给车载充电器进而对汽车电池进行充电。
所述地面控制电路包括直流电源Us、由功率管Q1-Q4组成的逆变器以及谐振阻抗Zv，其中功率管Q1、Q2、Q3和Q4均为PMOS管，所述原边线圈包括谐振电容C1和C2、原边电感Lp以及副边反射到原边的等效阻抗Z1。其中，功率管Q1和Q2的漏极D连接直流电源Us的正极，直流电源Us的负极接地，功率管Q3和Q4的源极S均接地，功率管Q2的源极S连接谐振阻抗Zv的一端，谐振电容C1的一端连接谐振阻抗Zv的另一端和谐振电容C2的一端，谐振电容C1的另一端连接功率管Q1的源极S和功率管Q3的漏极以及等效阻抗Z1的一端，谐振电容C2的另一端连接原边电感Lp的一端，等效阻抗Z1的另一端连接原边电感Lp的另一端。
本发明的创新之处在于，所述原边线圈电流测量电路包括输出电压采样电路和输出电流采样电路。其中，
所述输出电压采样电路用于对地面控制电路的输出电压进行处理并输出经过处理后的地面控制电路的输出电压，设为Vo1，由于地面控制电路的输出电压U1较大，DSP无法识别，故经过输出电压采样电路进行处理后得到一个比较小的电压Vo1。
输出电流采样电路，用于对逆变器的输出电流进行处理并输出经过处理后的逆变器的输出电流所对应的电压，设为Vo2，由于逆变器的输出电流较大，故经过输出电流采样电路进行处理后得到一个比较小的电流所对应的电压Vo2，其中逆变器的输出电流设为Iinv。
另外，原边线圈电流设为Ip，流经电容C1的电流为I1，则：
Ip＝Iinv-I1 (1)
根据电容的电压电流关系式得：
其中，U1为地面控制电路的输出电压，就是图1中所示谐振电容C1两端的电压。因此，为了求得原边线圈电流Ip，只需要求得Iinv和U1即可。
具体地，本实施例中，如图2所示，所述输出电压采样电路，即地面控制电路输出电压采样电路，其包括地面控制电路的输出电压U1、电容C3和C4、电阻R1-R8以及运算放大器一，其中，本实施例所述U1的频率为85KHZ，电容C3和C4在85KHZ下的等效阻抗作为分压电阻，分别表示为ESC_C3和ESC_C4，电阻R1和R2为限流电阻，电阻R3和R4为后级差分运算放大器一的输入分压电阻，电阻R5、R6、R7和R8为差分运算放大器一的放大系数。所述地面控制电路输出电压U1的一端连接电容C3的一端、另一端连接电容C4的一端，电容C3的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R3的一端和电阻R5的一端，电容C4的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R4的一端和电阻R6的一端，电阻R3的另一端和电阻R4的另一端连接至电源V1，电阻R5的另一端连接电阻R7的一端和运算放大器一的同相输入端，电阻R7的另一端连接至电源V1，电阻R6的另一端连接电阻R8的一端和运算放大器一的反相输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器一的输出端Vo1，其中，运算放大器一连接5V电源。其中，电阻R5＝R6，R7＝R8，由输出电压采样电路得到Vo1与U1的关系式为：
那么：
如图3所示，所述输出电流采样电路，包括霍尔传感器、电容C5-C7、电阻R9-R13以及运算放大器二，其中，霍尔传感器用于将逆变器的输出电流转换为4-20mA标准电流，霍尔传感器的原副边电流比例系数为k，电阻R9为采样电阻，并联于霍尔传感器的两端且用于将电流信号转换为电阻信号，电容C5、C6、C7和C8以及电阻R10、R11、R12和R13与运算放大器二组成带通滤波器，用于滤除85KHZ频带以外的噪声。所述电容C5的一端连接电阻R9的一端、另一端连接电阻R10的一端，电容C6并联于电阻R11的两端，电阻R10的另一端连接电阻R11的一端和运算放大器二的同相输入端，电阻R9的另一端和电阻R11的另一端连接至电源V2，电容C7的一端连接电源V2、另一端连接电阻R12的一端，电容C8并联于电阻R13的两端，电阻R12的另一端连接电阻R13的一端和运算放大器二的反相输入端，电阻R13的另一端连接运算放大器二的输出端Vo2，其中，运算放大器二连接5V电源。由输出电流采样电路得到Vo2与Iinv的关系式为：
Vo2＝k×Iinv×R9 (4)
那么：
根据公式(2)、(6)和(7)求得原边线圈电流：
以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种磁感应式无线电能传输系统的原边线圈电流测量电路，所述磁感应式无线电能传输系统包括地面控制电路以及设于地面上的原边线圈，其特征在于，
所述地面控制电路包括直流电源Us、由功率管Q1-Q4组成的逆变器以及谐振阻抗Zv，所述原边线圈包括谐振电容C1和C2、原边电感Lp以及副边反射到原边的等效阻抗Z1，其中，功率管Q1和Q2的漏极D连接直流电源Us的正极，直流电源Us的负极接地，功率管Q3和Q4的源极S均接地，功率管Q2的源极S连接谐振阻抗Zv的一端，谐振电容C1的一端连接谐振阻抗Zv的另一端和谐振电容C2的一端，谐振电容C1的另一端连接功率管Q1的源极S和功率管Q3的漏极以及等效阻抗Z1的一端，谐振电容C2的另一端连接原边电感Lp的一端，等效阻抗Z1的另一端连接原边电感Lp的另一端；
所述原边线圈电流测量电路包括：
输出电压采样电路，用于对地面控制电路的输出电压进行处理并输出经过处理后的地面控制电路的输出电压Vo1；以及，
输出电流采样电路，用于对逆变器的输出电流进行处理并输出经过处理后的逆变器的输出电流所对应的电压Vo2。
2.根据权利要求1所述的原边线圈电流测量电路，其特征在于，设逆变器的输出电流为Iinv，原边线圈电流为Ip，流经电容C1的电流为I1，则：
Ip＝Iinv-I1 (1)
根据电容的电压电流关系式得：
其中，U1为地面控制电路的输出电压。
3.根据权利要求2所述的原边线圈电流测量电路，其特征在于，所述输出电压采样电路包括地面控制电路的输出电压U1、电容C3和C4、电阻R1-R8以及运算放大器一，其中，电容C3和C4分别表示为ESC_C3和ESC_C4，地面控制电路输出电压U1的一端连接电容C3的一端、另一端连接电容C4的一端，电容C3的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R3的一端和电阻R5的一端，电容C4的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R4的一端和电阻R6的一端，电阻R3的另一端和电阻R4的另一端连接至电源V1，电阻R5的另一端连接电阻R7的一端和运算放大器一的同相输入端，电阻R7的另一端连接至电源V1，电阻R6的另一端连接电阻R8的一端和运算放大器一的反相输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器一的输出端Vo1。
4.根据权利要求3所述的原边线圈电流测量电路，其特征在于，电阻R5＝R6，R7＝R8，由输出电压采样电路得到Vo1与U1的关系式为：
5.根据权利要求4所述的原边线圈电流测量电路，其特征在于，所述输出电流采样电路包括霍尔传感器、电容C5-C7、电阻R9-R13以及运算放大器二，其中，霍尔传感器用于将逆变器的输出电流转换为标准电流，电阻R9并联于霍尔传感器的两端且用于将电流信号转换为电阻信号，电容C5的一端连接电阻R9的一端、另一端连接电阻R10的一端，电容C6并联于电阻R11的两端，电阻R10的另一端连接电阻R11的一端和运算放大器二的同相输入端，电阻R9的另一端和电阻R11的另一端连接至电源V2，电容C7的一端连接电源V2、另一端连接电阻R12的一端，电容C8并联于电阻R13的两端，电阻R12的另一端连接电阻R13的一端和运算放大器二的反相输入端，电阻R13的另一端连接运算放大器二的输出端Vo2。
6.根据权利要求5所述的原边线圈电流测量电路，其特征在于，由输出电流采样电路得到Vo2与Iinv的关系式为：
Vo2＝k×Iinv×R9 (4)。
7.根据权利要求6所述的原边线圈电流测量电路，其特征在于，根据公式(2)、(3)和(4)求得原边线圈电流：
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