CN110525244B - 防振荡电压调节电路和无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防振荡电压调节电路和无线充电系统，防振荡电压调节电路包括处理芯片，处理芯片，用于对整流电路的输入电流和输入电压进行采样，并对应的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，用于在处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，获取第一电容的第二端至整流电路的第二输出端之间的采样电流，并输出对应的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，用于在处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，对整流电路的输入电流进行采样，并输出对应的PWM信号，以调节输出电压的占空比。本发明通过上述方式避免调节电压过程中电流振荡现象的产生。

Description

防振荡电压调节电路和无线充电系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种防振荡电压调节电路和无线充电系统。
背景技术
目前，电动汽车的无线充电方式因为更安全、更高效被广大汽车厂商应用。无线充电具体地工作方式为，电动汽车上安装有副边线圈，地面充电设备上安装有原边线圈，利用原副边的电磁场耦合实现电能非接触式的在原副边之间进行传输，达到为电动汽车进行无线充电的目的。
由于电动汽车和地面充电设备之间的位置随停车状态而呈现非确定状态，且电动汽车距离地面的位置也会随着汽车载物状态在一定范围内变化，这就导致了无线充电系统的原、副边线圈之间的水平偏移距离、垂直距离会在一定范围内变化，进而导致无线充电输出的电压存在较大范围的波动。
为了解决上述问题，除原边控制外，还需要副边增加一级电压/电流调节控制，目前常用做法是采样输出电压/电流和参考值进行比较，以此来调节开关器件的占空比或移相角度。但现有技术中对于输出电压/电流的采样点是在输出电容后，此时的采样值相当于是平均值，无法反映充电系统内部的真实状态，特别是充电系统内部可能存在震荡现象。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种防振荡电压调节电路和无线充电系统，旨在解决现有电压调节方法存在的电流振荡的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种防振荡电压调节电路和无线充电系统，所述防振荡电压调节电路包括处理芯片、变压器次级线圈、整流电路、第一电容以及与所述第一电容并联的电阻；
所述整流电路的第一输入端和第二输入端对应连接所述变压器次级线圈的第一输出端和第二输出端，所述整流电路中靠近所述整流电路的第一输入端一侧的第一开关管的受控端和靠近整流电路的第二输入端一侧的第二开关管的受控端，对应连接所述处理芯片的第一控制端和第二控制端，所述第一电容的第一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述第一电容的第二端与所述整流电路的第二输出端连接；
所述处理芯片，用于对整流电路的输入电流和输入电压进行采样，并从所述处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据所述整流电路的输入电流、所述输入电压以及预设功率参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，
所述处理芯片，用于在所述处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，获取第一电容的第二端至所述整流电路的第二输出端之间的采样电流，并从所述处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据所述采样电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，所述处理芯片，用于在所述处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，对整流电路的输入电流进行采样，以从所述处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据采样得到的输入电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比。
可选地，当所述处理芯片用于对整流电路的输入电流和输入电压进行采样时，所述处理芯片，还用于根据所述整流电路的输入电流和所述输入电压得到所述整流电路的输入有功功率，并将所述输入有功功率与预设功率参考值比较，以根据比较结果输出PWM信号。
可选地，当所述处理芯片用于获取第一电容的第二端至所述整流电路的第二输出端之间的采样电流时，所述处理芯片还用于对所述采样电流以及预设电流参考值进行比较，以根据比较结果输出PWM信号。
可选地，当所述处理芯片用于对整流电路的输入电流进行采样时，所述处理芯片还用于对所述采样得到的输入电流以及预设电流参考值进行比较，以根据比较结果输出PWM信号。
可选地，所述防振荡电压调节电路还包括第二电容；
所述第二电容的第一端与所述变压器次级线圈的第一输出端连接，所述第二电容的第二端与所述整流电路的第一输入端连接。
可选地，所述防振荡电压调节电路还包括第三电容；
所述第三电容的第一端连接所述第一电容的第二端以及所述整流电路的第一输入端，所述第三电容的第二端连接所述变压器次级线圈的第二输出端以及所述整流电路的第二输入端。
可选地，所述防振荡电压调节电路还包括电感；
所述电感的第一端连接所述第二电容的第二端，所述电感的第二端连接所述整流电路的第一输入端。
可选地，所述整流电路包括具有第一开关管和第二开关管在内的四个开关管。
可选地，所述四个开关管分别为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管；
所述第一MOS管的源极连接所述电感的第二端以及所述第三MOS管的漏极，所述第一MOS管的源极还作为所述整流电路的第一输入端，所述第一MOS管的漏极连接所述处理芯片的第一控制端；
所述第二MOS管的源极连接所述第四MOS管的漏极所述第三电容的第二端，所述第二MOS管的源极还作为所述整流电路的第二输入端，所述第二MOS管的漏极连接所述处理芯片的第二控制端端以及所述第一电容的第二端；
所述第三MOS管的源极连接所述第四MOS管的源极和所述第一电容的第一端，所述第三MOS管的漏极连接所述电感的第二端。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种无线充电系统，所述无线充电系统包括防振荡电压调节电路，所述防振荡电压调节电路被配置为如上所述的防振荡电压调节电路。
本发明提供了一种防振荡电压调节电路和无线充电系统，防振荡电压调节电路包括处理芯片、变压器次级线圈、整流电路、第一电容以及与第一电容并联的电阻；整流电路的第一输入端和第二输入端对应连接变压器次级线圈的第一输出端和第二输出端，整流电路中靠近所述整流电路的第一输入端一侧的第一开关管的受控端和靠近整流电路的第二输入端一侧的第二开关管的受控端，对应连接处理芯片的第一控制端和第二控制端，第一电容的第一端与整流电路的第一输出端连接，第一电容的第二端与整流电路的第二输出端连接；处理芯片，用于对整流电路的输入电流和输入电压进行采样，并从处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据整流电路的输入电流、输入电压以及预设功率参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，处理芯片，用于在处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，获取第一电容的第二端至整流电路的第二输出端之间的采样电流，并从处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据采样电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，处理芯片，用于在处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，对整流电路的输入电流进行采样，以从处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据采样得到的输入电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比。
本发明通过上述方式对既能表现输出电压/电流，又能代表系统内部状态的相关量进行采样，并以此为系统控制的输入量，从而不仅能够控制无线充电系统的输出，并进一步的保持系统内部状态的稳定。
另外，由于效率影响，要维持相同的输出电压/电流，本发明的采样量为系统内部量，其参考值可能会比实际需要的值略高。因此在实际工程应用中，可以在增加一个环路，采样系统输出电压/电流，并生成本发明采样量的参考量，直到系统输出满足需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明防振荡电压调节电路一实施例的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
附图标号说明：
Figure BDA0002195768850000041
Figure BDA0002195768850000051
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参见图1，图1为本发明防振荡电压调节电路一实施例的结构示意图。所述防震荡电压调节电流，包括处理芯片10、变压器次级线圈T1、整流电路20、第一电容C1以及与所述第一电容C1并联的电阻R1；所述整流电路20的第一输入端和第二输入端对应连接所述变压器次级线圈T1的第一输出端和第二输出端，所述整流电路20中靠近所述整流电路20的第一输入端一侧的第一开关管的受控端和靠近整流电路20的第二输入端一侧的第二开关管的受控端，对应连接所述处理芯片10的第一控制端和第二控制端，所述第一电容C1的第一端与所述整流电路20的第一输出端连接，所述第一电容C1的第二端与所述整流电路20的第二输出端连接；所述处理芯片10，用于对整流电路20的输入电流和输入电压进行采样，并从所述处理芯片10的第一控制端和第二控制端输出根据所述整流电路20的输入电流、所述输入电压以及预设功率参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，所述处理芯片10，用于在所述处理芯片10的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，获取第一电容C1的第二端至所述整流电路20的第二输出端之间的采样电流，并从所述处理芯片10的第一控制端和第二控制端输出根据所述采样电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，所述处理芯片10，用于在所述处理芯片10的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，对整流电路20的输入电流进行采样，以从所述处理芯片10的第一控制端和第二控制端输出根据采样得到的输入电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比。
本文所述各种量的采样，其采样方式不限，包括电阻采样、霍尔、电流互感器、以及模拟采样等方式；对采样值的选取不限，比如可以是某个驱动关闭阶段中间时刻的采样值，也可以是某个其他时刻的采样值，也可以是某个时段整个时段的值。
容易理解的是，所述处理芯片10包括51单片微控制器、MSP430单片微控制器、TMS单片微控制器、STM32单片微控制器、PIC单片微控制器、AVR单片微控制器、STC单片微控制器以及Freescale单片微控制器中的至少一种，本实施例在此不作具体限定，本实施例中的预设电流参考值和预设电压参考值可以根据充电系统计算得到。
本实施例中，提供三种方式实现处理芯片10对输出电压占空比的调节。第一种调节方式为：处理芯片10对整流电路20的输入电流和输入电压进行采样，并根据输入电流、输入电压和预设的功率参考值输出对应的PWM信号至处理芯片10的第一控制端和第二控制端对应的开关管，通过控制开关管的闭合和开启，调节输出电压的占空比。第二种方式为：处理芯片10在第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，对第一电容C1的第二端至所述整流电路20的第二输出端之间的电流进行采样，并根据采样电流以及预设的电流参考值输出对应的PWM信号至开关管，通过控制开关管的闭合和开启，调节输出电压的占空比。第三种方式为：处理芯片10在第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，对整流电路20的输入电流进行采样，并根据采样的输入电流以及预设电流参考值输出对应的PWM信号至开关管，通过控制开关管的闭合和开启，调节输出电压的占空比。
本实施例通过上述方式既能表现输出电压/电流，又能代表系统内部状态的相关量进行采样，并以此为系统控制的输入量，从而不仅能够控制无线充电系统的输出，并进一步的保持系统内部状态的稳定。
进一步地，当所述处理芯片10用于对整流电路20的输入电流和输入电压进行采样时，所述处理芯片10，还用于根据所述整流电路20的输入电流和所述输入电压得到所述整流电路20的输入有功功率，并将所述输入有功功率与预设功率参考值比较，以根据比较结果输出PWM信号。
本实施例中还预设有第一模拟乘法器30以及第二模拟乘法器40，所述第一模拟乘法器30的输入端连接第三电容C3的第二端和第二MOS管QS2的源极，所述第一模拟乘法器30的漏极连接所述处理芯片10的第一采样端；所述第二模拟乘法器40的第一输入端连接所述第一输入端连接所述第一模拟乘法器30的输入端和第二MOS管QS2的源极，所述第二模拟乘法器40的第二输入端连接所述电感L1的第二端和第三MOS管QS3的漏极。处理芯片10通过第一模拟乘法器30对整流电路20的输入电流进行采样，通过第二模拟乘法器40对整流电路20的输入电压进行采样，并根据输入电流和输入电压得到整流电路20的输入有功功率，将得到的有功功率与预设的功率参考值作比较，根据比较结果输出对应的PWM信号。
本实施例根据得到的输入电流和输入电压计算得到有功功率，再将有功功率与预设功率参考值作比较，以根据比较结果输出对应的PWM信号，控制开关管的开启和关断，从而在防止电流振荡的同时，调节输出电压。
进一步地，当所述处理芯片10用于获取第一电容C1的第二端至所述整流电路20的第二输出端之间的采样电流时，所述处理芯片10还用于对所述采样电流以及预设电流参考值进行比较，以根据比较结果输出PWM信号。
进一步地，当所述处理芯片10用于对整流电路20的输入电流进行采样时，所述处理芯片10还用于对所述采样得到的输入电流以及预设电流参考值进行比较，以根据比较结果输出PWM信号。
当处理芯片10的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，处理芯片10可以对第一电容C1的第二端至所述整流电路20的第二输出端之间的电流进行采样，并将采样电流与对应的预设第一电流参考值进行比较，根据比较结果输出PWM信号；或对整流电路20的输入电流进行采样，并将采样得到的输入电流与对应的预设第二电流参考值相比较，根据比较结果输出PWM信号。本实施例通过上述方式，不需要对副边线圈的输出电流进行采样就能对应的调整电压的占空比，在防止输出电压出现波动的同时，避免调节电压过程中电流振荡现象的产生。
进一步地，请继续参阅图1，所述防振荡电压调节电路还包括第二电容C2；所述第二电容C2的第一端与所述变压器次级线圈T1的第一输出端连接，所述第二电容C2的第二端与所述整流电路20的第一输入端连接。进一步地，所述防振荡电压调节电路还包括第三电容C3；所述第三电容C3的第一端连接所述第一电容C1的第二端以及所述整流电路20的第一输入端，所述第三电容C3的第二端连接所述变压器次级线圈T1的第二输出端以及所述整流电路20的第二输入端。进一步地，所述防振荡电压调节电路还包括电感L1；所述电感L1的第一端连接所述第二电容C2的第二端，所述电感L1的第二端连接所述整流电路20的第一输入端。
进一步地，请参阅图1，所述整流电路20包括具有第一开关管和第二开关管在内的四个开关管。应当理解都是，所述开关管可以为MOS管，也可以是继电器等能起到相同作用的元器件。进一步地，所述四个开关管分别为第一MOS管QS1、第二MOS管QS2、第三MOS管QS3以及第四MOS管QS4，上述多个MOS管为P型MOS管和/或N型MOS管；所述第一MOS管QS1的源极连接所述电感L1的第二端以及所述第三MOS管QS3的漏极，所述第一MOS管QS1的源极还作为所述整流电路20的第一输入端，所述第一MOS管QS1的漏极连接所述处理芯片10的第一控制端；所述第二MOS管QS2的源极连接所述第四MOS管QS4的漏极所述第三电容C3的第二端，所述第二MOS管QS2的源极还作为所述整流电路20的第二输入端，所述第二MOS管QS2的漏极连接所述处理芯片10的第二控制端端以及所述第一电容C1的第二端；所述第三MOS管QS3的源极连接所述第四MOS管QS4的源极和所述第一电容C1的第一端，所述第三MOS管QS3的漏极连接所述电感L1的第二端。
本实施例中，设置第二电容C2、第三电容C3和电感L1作为补偿电路，但应当理解的是，本实施例中还可以采用其他元器件构成补偿电路，在此不作具体限制；本实施例中设置四个开关管，即第一MOS管QS1、第二MOS管QS2、第三MOS管QS3以及第四MOS管QS4作为全桥整流电路20，应当理解的是，所述全桥整流电路20也可以扩展为由两个MOS管构成的全桥电路或其他类型的全桥电路，本实施例在此不做具体限制。
本实施例中，第一MOS管QS1的漏极与处理芯片10的第一控制端连接，第二MOS管QS2的漏极与处理芯片10的第二控制端连接。处理芯片10正是向第一MOS管QS1和第二MOS管QS2输出对应的PWM信号，通过控制第一MOS管QS1和第二MOS管QS2导通和关断的方式，实现对于输出电压的调控。
此外，本发明实施例还提出一种无线充电系统，上述无线充电系统包括如上所述的防振荡电压调节电路。
本发明无线充电系统的具体实施例与上述防振荡电压调节电路各实施例基本相同，在此不作赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种防振荡电压调节电路，其特征在于，包括处理芯片、变压器次级线圈、整流电路、第一电容以及与所述第一电容并联的电阻；
所述整流电路的第一输入端和第二输入端对应连接所述变压器次级线圈的第一输出端和第二输出端，所述整流电路中靠近所述整流电路的第一输入端一侧的第一开关管的受控端和靠近整流电路的第二输入端一侧的第二开关管的受控端，对应连接所述处理芯片的第一控制端和第二控制端，所述第一电容的第一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述第一电容的第二端与所述整流电路的第二输出端连接；
所述处理芯片，用于对整流电路的输入电流和输入电压进行采样，并从所述处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据所述整流电路的输入电流、所述输入电压以及预设功率参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，
所述处理芯片，用于在所述处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，获取第一电容的第二端至所述整流电路的第二输出端之间的采样电流，并从所述处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据所述采样电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比；或者，
所述处理芯片，用于在所述处理芯片的第一控制端和第二控制端对应的开关管关断时，对整流电路的输入电流进行采样，以从所述处理芯片的第一控制端和第二控制端输出根据采样得到的输入电流以及预设电流参考值得到的PWM信号，以调节输出电压的占空比。
2.如权利要求1所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，当所述处理芯片用于对整流电路的输入电流和输入电压进行采样时，所述处理芯片，还用于根据所述整流电路的输入电流和所述输入电压得到所述整流电路的输入有功功率，并将所述输入有功功率与预设功率参考值比较，以根据比较结果输出PWM信号。
3.如权利要求1所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，当所述处理芯片用于获取第一电容的第二端至所述整流电路的第二输出端之间的采样电流时，所述处理芯片还用于对所述采样电流以及预设电流参考值进行比较，以根据比较结果输出PWM信号。
4.如权利要求1所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，当所述处理芯片用于对整流电路的输入电流进行采样时，所述处理芯片还用于对所述采样得到的输入电流以及预设电流参考值进行比较，以根据比较结果输出PWM信号。
5.如权利要求1-4任一项所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，所述防振荡电压调节电路还包括第二电容；
所述第二电容的第一端与所述变压器次级线圈的第一输出端连接，所述第二电容的第二端与所述整流电路的第一输入端连接。
6.如权利要求5所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，所述防振荡电压调节电路还包括第三电容；
所述第三电容的第一端连接所述第一电容的第二端以及所述整流电路的第一输入端，所述第三电容的第二端连接所述变压器次级线圈的第二输出端以及所述整流电路的第二输入端。
7.如权利要求6所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，所述防振荡电压调节电路还包括电感；
所述电感的第一端连接所述第二电容的第二端，所述电感的第二端连接所述整流电路的第一输入端。
8.如权利要求7所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，所述整流电路包括具有第一开关管和第二开关管在内的四个开关管。
9.如权利要求8所述的防振荡电压调节电路，其特征在于，所述四个开关管分别为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管；
所述第一MOS管的源极连接所述电感的第二端以及所述第三MOS管的漏极，所述第一MOS管的源极还作为所述整流电路的第一输入端，所述第一MOS管的漏极连接所述处理芯片的第一控制端；
所述第二MOS管的源极连接所述第四MOS管的漏极所述第三电容的第二端，所述第二MOS管的源极还作为所述整流电路的第二输入端，所述第二MOS管的漏极连接所述处理芯片的第二控制端端以及所述第一电容的第二端；
所述第三MOS管的源极连接所述第四MOS管的源极和所述第一电容的第一端，所述第三MOS管的漏极连接所述电感的第二端。
10.一种无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括防振荡电压调节电路，所述防振荡电压调节电路被配置为如权利要求1-9中任一项所述的防振荡电压调节电路。
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