CN111361436B - 一种电动汽车全自动无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种电动汽车全自动无线充电系统属于电子设备的技术领域。其结构有电源管理电路(1)、电压调节电路(2)、能量发射电路(3)、取样电路(4)、电流判断电路(5)、限幅电路(6)、空载检测电路(7)和输出自动控制电路(8)。本发明能够自动调节能量发射电桥的工作电压，使发射系统始终工作在最佳的电压，提高了发射系统的效率，且能够空载自动断电，有载自动启动，系统安全可靠且使用方便。

Description

一种电动汽车全自动无线充电系统
技术领域
本发明属于电子设备的技术领域。特别涉及一种电动汽车全自动无线充电系统。
背景技术
随着化石能源的日益紧张以及燃烧化石能源带来的污染日益严重，汽车逐渐从传统燃料汽车向新能源汽车过渡。电动汽车以其成本低、污染小、电子设备兼容性高成为新能源汽车发展的一个重要方向。目前电动汽车的充电主要依靠有线的充电方式，但有线充电方式会受限于空间占用、用电设备接触带来潜在的安全隐患等问题。而无线充电不存在直接电气连接，可实现无线设备不受空间限制的能量供给，且具有无接插环节、无裸露导体、无漏电触电危险等优势。毫无疑问，无线充电必将成为将来汽车充电的重要发展方向。
与本申请最接近的现有技术是申请号为2018108887007的中国专利“基于磁耦合共振式电动汽车无线充电系统”，该专利通过将220V/50Hz的市电整流成直流稳压电，再由高频逆变电路逆变成50kHz的高频交流电，发射线圈(呈电感性)配合适当的电容进行选频谐振，将电能转换成磁能，再通过磁耦合共振的方式由接收线圈接收能量，以实现无线充电，同时该专利通过补偿电抗，使系统给不同负载充电时均能保持最佳的谐振状态，有效扩大了对负载的适应范围。
但上述专利也存在一定的缺点：其核心的高频逆变电路采用固定电压进行供电，而接收端反射到发射系统的等效阻抗则是千变万化的，当反射阻抗变小时，会导致逆变电流增大，从而对系统构成威胁甚至造成损坏，反之当反射阻抗变大时，则会导致逆变电流减小，造成充电功率过小，减慢充电速度。另一方面，当负载完全消失(如充满或将充电的汽车移开)时系统不会自动停止发射能量，根据互感耦合理论，发射系统反而会最大功率发射能量，造成能量的损失和系统的损坏。
综上，为了进一步提高发射系统的安全性和可靠性，现有的无线能量传输系统还需要进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺点，提供一种全自动无线充电系统，以适应充电时负载的变化、提高系统的安全性。
本发明的具体的技术方案是：
一种电动汽车全自动无线充电系统，其结构有电源管理电路1、能量发射电路3，其特征在于，结构还有电压调节电路2、取样电路4、电流判断电路5、限幅电路6、空载检测电路7和输出自动控制电路8；所述的电源管理电路1的输入端与市电相连，输出端为系统中其它各模块提供所需的电源；电压调节电路2的输出端分别与能量发射电路3的一个输入端、限幅电路6的输入端相连，限幅电路6的输出端与空载检测电路7的输入端相连，空载检测电路7的输出端与输出自动控制电路8的输入端相连，输出自动控制电路8的输出端与能量发射电路3的另一个输入端相连，能量发射电路3的输出端与取样电路4的输入端相连，取样电路4的输出端与电流判断电路5的输入端相连，电流判断电路的输出端与电压调节电路2的输入端相连；
所述的电压调节电路2的结构为：电容C8的一端、电阻R3的一端接电源VCC/2，电容C8的另一端与运放U1B的反相输入端、电阻R4的一端及运放U2A的同相输入端相连，电阻R3的另一端与运放U1B的同相输入端、电阻R5的一端相连，运放U1B的输出端与电阻R4的另一端、电阻R5的另一端相连，运放U2A的反相输入端作为所述的电压调节电路2的第二输入端，记为端口P2_in2，与电流判断电路5的输出端相连，运放U2A的输出端与场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的漏极作为所述的电压调节电路2的第一输入端，记为端口P2_in1，与电源管理电路1的端口P1_out1相连，场效应管Q1的源极与电感L1的一端、二极管D4的负极相连，电感L1的另一端与电解电容C9的正极相连，并作为电压调节电路2的输出端，记为端口P2_out，电解电容C9的负极与二极管D4的正极相连并接地；
所述的能量发射电路3的结构为：电阻R6的一端、电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端分别与单片机的不同I/O端口相连，电阻R6的另一端与芯片U6的1端口相连，电阻R7的另一端与芯片U6的4端口相连，芯片U6的2端口、3端口接地，8端口与电阻R10的一端、电阻R11的一端、电容C10的一端相连，接电源VCC，芯片U6的7端口与电阻R10的另一端、芯片U8的2端口相连，芯片U6的6端口与电阻R11的另一端、芯片U8的3端口相连，芯片U6的5端口与电容C10的另一端接地，芯片U8的1端口、电容C11的一端接电源VCC，电容C11的另一端与芯片U8的4端口接地，电阻R16的一端接电源VCC，另一端与二极管D5的正极相连，二极管的D5的负极与芯片U8的8端口、电容C12的一端相连，芯片U8的7端口与电阻R12的一端相连，芯片U8的6端口与电容C12的另一端、电阻R13的一端及场效应管Q2的源极、场效应管Q4的漏极、电容C16的一端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的另一端、场效应管Q2的栅极相连，芯片U8的5端口与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端与电阻R21的一端、场效应管Q4的栅极相连，电阻R21的另一端与场效应管Q4的源极、场效应管Q6的漏极相连；电阻R8的另一端与芯片U7的1端口相连，电阻R9的另一端与芯片U7的4端口相连，芯片U7的2端口、3端口接地，8端口与电阻R17的一端、电阻R18的一端、电容C13的一端相连，接电源VCC，芯片U7的7端口与电阻R17的另一端、芯片U9的2端口相连，芯片U7的6端口与电阻R18的另一端、芯片U9的3端口相连，芯片U7的5端口与电容C13的另一端接地，芯片U9的1端口、电容C14的一端接电源VCC，电容C14的另一端与芯片U9的4端口接地，电阻R19的一端接电源VCC，另一端与二极管D6的正极相连，二极管的D6的负极与芯片U9的8端口、电容C15的一端相连，芯片U9的7端口与电阻R14的一端相连，芯片U9的6端口与电容C15的另一端、电阻R15的一端及场效应管Q3的源极、场效应管Q5的漏极、电感L2的一端相连，电感L2的另一端与电容C16的另一端相连，场效应管Q3漏极与场效应管Q2的漏极相连，作为能量发射电路3的第一输入端，记为端口P3_in1，与电压调节电路2的端口P2_out相连；电阻R14的另一端与电阻R15的另一端、场效应管Q3的栅极相连，芯片U9的5端口与电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与电阻R22的一端、场效应管Q5的栅极相连，电阻R22的另一端与场效应管Q5的源极、场效应管Q6的漏极相连；场效应管Q6的栅极作为能量发射电路3的第二输入端口，记为端口P3_in，与输出自动控制电路8相连，场效应管Q6的源极与电阻R24的一端相连，作为能量发射电路3的输出端，记为端口P3_out，与取样电路4的输入端相连，电阻R24的另一端接地；所述的芯片U6和芯片U7是集成双通道光耦，型号均为HCPL2630，所述的芯片U8和芯片U9是MOS管驱动芯片，型号均为IR2101；
所述的取样电路4的结构为：运放U2B的同相输入端作为取样电路4的输入端，记为端口P4_in，与能量发射电路3的端口P3_out相连；运放U2B的输出端与二极管D7的正极、电阻R26的一端相连，电阻R26的另一端与运放U2B的反相输入端、电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端接地，二极管D7的负极与电容C17的一端、电阻R27的一端、电容C18的一端相连，电容C17的另一端、电阻R27的另一端接地，电容C18的另一端作为取样电路4的输出端，记为端口P4_out，与电流判断电路5的输入端相连；
所述的电流判断电路5的结构为：电阻R28的一端接电源VCC，另一端与二极管D8的负极、运放U3A的同相输入端相连，运放U3A的输出端与电阻R31的一端、可变电阻器R30的一端相连，可变电阻器R30的另一端与运放U3A的反相输入端、电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端、二极管D8的正极接地；电阻R31的另一端与运放U3B的反相输入端、电阻R32的一端相连，电阻R32的另一端与运放U3B的输出端相连，作为电流判断电路5的输出端，记为端口P5_out，与电压调节电路2的端口P2_in2相连，运放U3B的同相输入端与电阻R33、电阻R34的一端相连，电阻R34的另一端接电源VCC/2，电阻R33的另一端作为电流判断电路5的输入端，记为端口P5_in，与取样电路4的端口P4_out相连；
所述的限幅电路6的结构为：运放U4A的同相输入端接输入电源VCC，输出端口与运放U4A的反相输入端、二级管D9的负极相连，二极管D9的正极与电阻R35的一端、运放U4B的同相输入端相连，电阻R35的另一端作为限幅电路6的输入端，记为端口P6_in，与电压调节电路2的端口P2_out相连，运放U4B的输出端与运放U4B的反相输入端相连，作为限幅电路6的输出端，记为端口P6_out，与空载检测电路7的输入端相连；
所述的空载检测电路7的结构为：电阻R36的一端接电源VCC，另一端与二极管D10的负极、滑动变阻W1的一端相连，二极管D10的正极与滑动变阻W1的另一端接地；滑动变阻W1的滑线端与运放U5A的反相输入端相连，运放U5A的同相输入端口作为空载检测电路7的输入端，记为端口P7_in，与限幅电路6的端口P6_out相连，运放U5A的输出端作为空载检测电路7的输出端，记为端口P7_out，与输出自动控制电路8的输入端相连；
所述的输出自动控制电路8的结构为：三极管Q7的集电极接电源VCC，基极作为输出自动控制电路8的输入端，记为端口P8_in，与空载检测电路7的端口P7_out相连，三极管Q7的发射端与电阻R37的一端、电阻R38的一端、三极管Q8的发射极相连，电阻R37的另一端接地，电阻R38的另一端与电容C19的一端、反相器U11A的输入端相连，电容C19的另一端接地，反相器U11A的输出端与D触发器U10A的CK端相连，D触发器U10A的D端、CLR端与电容C20的一端接地，D触发器U10A的PR端与电容C20的另一端、电阻R39的一端、二极管D11的正极相连，D触发器U10A的Q端与二极管D11的负极、电阻R39的另一端相连，D触发器U10A的Q端与D触发器U10B的CK端相连，作为输出自动控制电路8的输出端，记为端口P8_out，与能量发射电路3的端口P3_in2相连，D触发器U10B的D端、CLR端与电容C21的一端接地，电容C21的另一端与二极管D12的正极、电阻R40的一端、D触发器U10B的PR端相连，D触发器U10B的Q端与二极管D12的负极、电阻R40的另一端相连，D触发器U10B的Q端与反相器U11B的输入端相连，反相器U11B的输出端与三极管Q8的基极相连，三极管Q8的集电极接电源VCC。
所述的电源管理电路1可以是任意能将220V市电转换成所需直流稳压电源的电路，也可以采用以下结构：变压器T1的输入端与市电相连，三个输出端分别与整流桥D1、整流桥D2、整流桥D3的输入端相连；整流桥D1的输出端负极接电解电容C1的负极并接地，整流桥D1的输出端正极接电解电容C1的正极并作为所述的电源管理电路1的第一输出端，记为端口P1_out1，为电压调节电路2供电；整流桥D2的输出端负极接电解电容C2的负极并接地，整流桥D2的输出端正极接电解电容C2的正极并与芯片LM7812的1端口相连，还与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与芯片LM7812的2端口相连并接地，电容C4的一端接地，另一端与芯片LM7812的3端口相连，并与电阻R1的一端相连，作为所述的电源管理电路1的第二输出端，记为端口P1_out2，为系统中各模块提供电源VCC，电阻R1的另一端与电阻R2的一端及运放U1A的同相输入端相连，电阻R2的另一端接地，运放U1A的反相输入端与输出端相连，作为所述的电源管理电路1的第三输出端，记为端口P1_out3，为电压调节电路2和电流判断电路5提供电源VCC/2；整流桥D3的输出端负极接电解电容C5的负极并接地，整流桥D3的输出端正极接电解电容C5的正极并与芯片LM7805的1端口相连，还与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与芯片LM7805的2端口相连并接地，电容C7的一端接地，另一端与芯片LM7805的3端口相连，作为所述的电源管理电路1的第四输出端，记为端口P1_out4，为系统中各数字芯片提供电源VDD。
本发明一种电动汽车全自动无线充电系统有以下有益效果：
1、本发明通过取样电路、电流判断电路和电压调节电路相配合，自动调节能量发射电桥的工作电压，使发射系统始终工作在最佳的电压，提高了发射系统的效率。
2、本发明通过空载检测电路和输出自动控制电路相配合，有效防止了发射系统在空载时进行大功率能量发射，使发射系统能够安全可靠地工作。
3、本发明通过输出自动控制电路实现有负载时自启动，使系统使用更方便。
附图说明
图1是本发明的总体结构框图。
图2是电源管理电路1的原理框图。
图3是电压调节电路2的原理电路图。
图4是能量发射电路3的原理电路图。
图5是取样电路4的原理电路图。
图6是电流判断电路5的原理电路图。
图7是限幅电路6的原理电路图。
图8是空载检测电路7的原理电路图。
图9是输出自动控制电路8的原理电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，附图中所标示的参数为实施例中各元件的优参数。
实施例1本发明的整体结构
如图1所示，本发明的一种电动汽车全自动无线充电系统的结构有电源管理电路1、电压调节电路2、能量发射电路3、取样电路4、电流判断电路5、限幅电路6、空载检测电路7和输出自动控制电路8；所述的电源管理电路1的输入端与市电相连，输出端为系统中其它各模块提供所需的电源；电压调节电路2的输出端分别与能量发射电路3的一个输入端、限幅电路6的输入端相连，限幅电路6的输出端与空载检测电路7的输入端相连，空载检测电路7的输出端与输出自动控制电路8的输入端相连，输出自动控制电路8的输出端与能量发射电路3的另一个输入端相连，能量发射电路3的输出端与取样电路4的输入端相连，取样电路4的输出端与电流判断电路5的输入端相连，电流判断电路的输出端与电压调节电路2的输入端相连。
实施例2电源管理电路
所述的电源管理电路1的结构如图2所示。变压器T1的输入端与市电相连，三个输出端分别与整流桥D1、整流桥D2、整流桥D3的输入端相连；整流桥D1的输出端负极接电解电容C1的负极并接地，整流桥D1的输出端正极接电解电容C1的正极并作为所述的电源管理电路1的第一输出端，记为端口P1_out1，为电压调节电路2供电；整流桥D2的输出端负极接电解电容C2的负极并接地，整流桥D2的输出端正极接电解电容C2的正极并与芯片LM7812的1端口相连，还与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与芯片LM7812的2端口相连并接地，电容C4的一端接地，另一端与芯片LM7812的3端口相连，并与电阻R1的一端相连，作为所述的电源管理电路1的第二输出端，记为端口P1_out2，为系统中各模块提供电源VCC，电阻R1的另一端与电阻R2的一端及运放U1A的同相输入端相连，电阻R2的另一端接地，运放U1A的反相输入端与输出端相连，作为所述的电源管理电路1的第三输出端，记为端口P1_out3，为电压调节电路2和电流判断电路5提供电源VCC/2；整流桥D3的输出端负极接电解电容C5的负极并接地，整流桥D3的输出端正极接电解电容C5的正极并与芯片LM7805的1端口相连，还与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与芯片LM7805的2端口相连并接地，电容C7的一端接地，另一端与芯片LM7805的3端口相连，作为所述的电源管理电路1的第四输出端，记为端口P1_out4，为系统中各数字芯片提供电源VDD。
电源管理电路1将220V市电转换成4种不同的直流电压提供给系统各模块：用于给电压调节电路提供大功率的48V电压，通过端口P1_out1输出；用于给各模块中模拟电路提供12V供电的VCC，通过端口P1_out2输出；用于给电压调节电路2和电流判断电路5提供6V供电的VCC/2，通过端口P1_out3输出；用于给系统中各数字芯片提供5V供电的VDD，通过端口P1_out4输出。
实施例3电压调节电路
所述的电压调节电路2的结构如图3所示：电容C8的一端、电阻R3的一端接电源VCC/2，电容C8的另一端与运放U1B的反相输入端、电阻R4的一端及运放U2A的同相输入端相连，电阻R3的另一端与运放U1B的同相输入端、电阻R5的一端相连，运放U1B的输出端与电阻R4的另一端、电阻R5的另一端相连，运放U2A的反相输入端作为所述的电压调节电路2的第二输入端，记为端口P2_in2，与电流判断电路5的输出端相连，运放U2A的输出端与场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的漏极作为所述的电压调节电路2的第一输入端，记为端口P2_in1，与电源管理电路1的端口P1_out1相连，场效应管Q1的源极与电感L1的一端、二极管D4的负极相连，电感L1的另一端与电解电容C9的正极相连，并作为电压调节电路2的输出端，记为端口P2_out，电解电容C9的负极与二极管D4的正极相连并接地。
电压调节电路2根据电流判断电路5反馈的信号(该信号反应了负载的大小)将电源管理模块提供的48V电压转换成与实际负载匹配的电压，输出至能量发射电路3，为能量发射电路3提供合适的功率。
实施例4能量发射电路
所述的能量发射电路3的结构如图4所示：电阻R6的一端、电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端分别与单片机的不同I/O端口相连，电阻R6的另一端与芯片U6的1端口相连，电阻R7的另一端与芯片U6的4端口相连，芯片U6的2端口、3端口接地，8端口与电阻R10的一端、电阻R11的一端、电容C10的一端相连，接电源VCC，芯片U6的7端口与电阻R10的另一端、芯片U8的2端口相连，芯片U6的6端口与电阻R11的另一端、芯片U8的3端口相连，芯片U6的5端口与电容C10的另一端接地，芯片U8的1端口、电容C11的一端接电源VCC，电容C11的另一端与芯片U8的4端口接地，电阻R16的一端接电源VCC，另一端与二极管D5的正极相连，二极管的D5的负极与芯片U8的8端口、电容C12的一端相连，芯片U8的7端口与电阻R12的一端相连，芯片U8的6端口与电容C12的另一端、电阻R13的一端及场效应管Q2的源极、场效应管Q4的漏极、电容C16的一端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的另一端、场效应管Q2的栅极相连，芯片U8的5端口与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端与电阻R21的一端、场效应管Q4的栅极相连，电阻R21的另一端与场效应管Q4的源极、场效应管Q6的漏极相连；电阻R8的另一端与芯片U7的1端口相连，电阻R9的另一端与芯片U7的4端口相连，芯片U7的2端口、3端口接地，8端口与电阻R17的一端、电阻R18的一端、电容C13的一端相连，接电源VCC，芯片U7的7端口与电阻R17的另一端、芯片U9的2端口相连，芯片U7的6端口与电阻R18的另一端、芯片U9的3端口相连，芯片U7的5端口与电容C13的另一端接地，芯片U9的1端口、电容C14的一端接电源VCC，电容C14的另一端与芯片U9的4端口接地，电阻R19的一端接电源VCC，另一端与二极管D6的正极相连，二极管的D6的负极与芯片U9的8端口、电容C15的一端相连，芯片U9的7端口与电阻R14的一端相连，芯片U9的6端口与电容C15的另一端、电阻R15的一端及场效应管Q3的源极、场效应管Q5的漏极、电感L2的一端相连，电感L2的另一端与电容C16的另一端相连，场效应管Q3漏极与场效应管Q2的漏极相连，作为能量发射电路3的第一输入端，记为端口P3_in1，与电压调节电路2的端口P2_out相连；电阻R14的另一端与电阻R15的另一端、场效应管Q3的栅极相连，芯片U9的5端口与电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与电阻R22的一端、场效应管Q5的栅极相连，电阻R22的另一端与场效应管Q5的源极、场效应管Q6的漏极相连；场效应管Q6的栅极作为能量发射电路3的第二输入端口，记为端口P3_in，与输出自动控制电路8相连，场效应管Q6的源极与电阻R24的一端相连，作为能量发射电路3的输出端，记为端口P3_out，与取样电路4的输入端相连，电阻R24的另一端接地；所述的芯片U6和芯片U7是集成双通道光耦，型号均为HCPL2630，所述的芯片U8和芯片U9是MOS管驱动芯片，型号均为IR2101。
能量发射电路3在单片机提供的PWM时序(50kHz)的控制下将电压调节电路提供的电压转换成振荡的正弦波电流流过电感L2(即发射线圈)，发射线圈将电流转换成变化的磁场能量进行发射，由汽车接收端的接收线圈接收，实现对电动汽车的无线充电。光耦芯片U6、U7将单片机与功率电路进行电气隔离，以提高电路的稳定性；MOS管驱动芯片U8、U9将PWM时序提升至可驱动MOS管的级别，用于驱动Q2、Q3、Q4、Q5构成的MOS管电桥。
实施例5取样电路
所述的取样电路4的结构如图5所示：运放U2B的同相输入端作为取样电路4的输入端，记为端口P4_in，与能量发射电路3的端口P3_out相连；运放U2B的输出端与二极管D7的正极、电阻R26的一端相连，电阻R26的另一端与运放U2B的反相输入端、电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端接地，二极管D7的负极与电容C17的一端、电阻R27的一端、电容C18的一端相连，电容C17的另一端、电阻R27的另一端接地，电容C18的另一端作为取样电路4的输出端，记为端口P4_out，与电流判断电路5的输入端相连。
取样电路4对能量发射电路中的取样电阻R24上的电压(交流信号)进行测量，并转换成直流信号提供给电流判断电路5，该测量结果反应了负载的大小。
实施例6电流判断电路
所述的电流判断电路5的结构如图6所示：电阻R28的一端接电源VCC，另一端与二极管D8的负极、运放U3A的同相输入端相连，运放U3A的输出端与电阻R31的一端、可变电阻器R30的一端相连，可变电阻器R30的另一端与运放U3A的反相输入端、电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端、二极管D8的正极接地；电阻R31的另一端与运放U3B的反相输入端、电阻R32的一端相连，电阻R32的另一端与运放U3B的输出端相连，作为电流判断电路5的输出端，记为端口P5_out，与电压调节电路2的端口P2_in2相连，运放U3B的同相输入端与电阻R33、电阻R34的一端相连，电阻R34的另一端接电源VCC/2，电阻R33的另一端作为电流判断电路5的输入端，记为端口P5_in，与取样电路4的端口P4_out相连。
由2.5V稳压二极管D8和运放U3A等器件构成的电路提供参考电压(其大小可通过可变电阻R30调节)，运放U3B构成的减法器电路对取样电路4测量的电压与该参考电压进行求差，差值作为电压调节电路2的控制信号，当系统的实际负载减小时，能量发射电路3中流过取样电阻R24的电流必然会变大，取样电路4测量的电压值相应变大，该电压在电流判断电路5中与参考电压求差后，结果也相应变大，该结果送至电压调节电路2中作为控制信号，由于电压调节电路2设计成反向调节的特点，因此该信号的变大会导致电压调节电路2的输出电压变小，这样就使得能量发射电路3接收到的有效电压变小，使其与变小的负载相匹配。同理，当负载变大时，则会进行相反的过程，最终也会使能量发射电路接收的电压与负载匹配。
实施例7限幅电路6
所述的限幅电路6的结构为：运放U4A的同相输入端接输入电源VCC，输出端口与运放U4A的反相输入端、二级管D9的负极相连，二极管D9的正极与电阻R35的一端、运放U4B的同相输入端相连，电阻R35的另一端作为限幅电路6的输入端，记为端口P6_in，与电压调节电路2的端口P2_out相连，运放U4B的输出端与运放U4B的反相输入端相连，作为限幅电路6的输出端，记为端口P6_out，与空载检测电路7的输入端相连。
实施例8空载检测电路7
所述的空载检测电路7的结构为：电阻R36的一端接电源VCC，另一端与二极管D10的负极、滑动变阻W1的一端相连，二极管D10的正极与滑动变阻W1的另一端接地；滑动变阻W1的滑线端与运放U5A的反相输入端相连，运放U5A的同相输入端口作为空载检测电路7的输入端，记为端口P7_in，与限幅电路6的端口P6_out相连，运放U5A的输出端作为空载检测电路7的输出端，记为端口P7_out，与输出自动控制电路8的输入端相连。
由实施例6的说明可知，当负载逐渐减小时，电压调节电路2输出的电压会逐渐减小，因此当负载完全消失时(即没有汽车充电或电已充满)电压调节电路2则会输出一个非常小的电压，空载检测电路7根据此原理用来判断系统中是否处于空载状态，运放U5A构成比较器，将电压调节电路2输出的电压(经限幅后)与参考电压(通过滑动变阻器W1可以调节)进行比较，当电压调节电路2的输出电压小于参考电压时，则判定系统已处于空载状态，输出一个低电平信号用于触发输出自动控制电路关断输出。由于电压调节电路2输出的电压是变化的，最大可以到48V左右，会超过运放的工作范围，因此本发明还设计了限幅电路6进行限幅(见实施例7)：当电压超过VCC(12V)时，限幅电路6输出被限定在VCC附近，当电压低于VCC时，限幅电路6则输出实际的电压值。
实施例9输出自动控制电路
所述的输出自动控制电路8的如图9所示：三极管Q7的集电极接电源VCC，基极作为输出自动控制电路8的输入端，记为端口P8_in，与空载检测电路7的端口P7_out相连，三极管Q7的发射端与电阻R37的一端、电阻R38的一端、三极管Q8的发射极相连，电阻R37的另一端接地，电阻R38的另一端与电容C19的一端、反相器U11A的输入端相连，电容C19的另一端接地，反相器U11A的输出端与D触发器U10A的CK端相连，D触发器U10A的D端、CLR端与电容C20的一端接地，D触发器U10A的PR端与电容C20的另一端、电阻R39的一端、二极管D11的正极相连，D触发器U10A的Q端与二极管D11的负极、电阻R39的另一端相连，D触发器U10A的Q端与D触发器U10B的CK端相连，作为输出自动控制电路8的输出端，记为端口P8_out，与能量发射电路3的端口P3_in2相连，D触发器U10B的D端、CLR端与电容C21的一端接地，电容C21的另一端与二极管D12的正极、电阻R40的一端、D触发器U10B的PR端相连，D触发器U10B的Q端与二极管D12的负极、电阻R40的另一端相连，D触发器U10B的Q端与反相器U11B的输入端相连，反相器U11B的输出端与三极管Q8的基极相连，三极管Q8的集电极接电源VCC。
当空载检测电路7检测到系统处于空载状态时，输出信号会由高电平变为低电平，当输出自动控制电路8接收到该低电平时，会在端口P8_out处产生低电平，该端口与能量发射电路3的端口P3_in2相连，该端口变为低电平会使能量发射电路3中的开关管Q6截止，以切断能量发射电路3的电流回路，使系统进入待机状态，不再发射能量，有效减小了能量损耗。自动控制电路8还具备自动启动功能，由D触发器U10B、反相器U11B等构成的延时反相结构会在系统待机时每间隔一定时间产生一个触发信号，使系统尝试上电检测，如果检测到有负载存在，则维持电路正常的发射状态，如果上电尝试后发现系统依然是空载的，则再次控制系统进入断电状态，此过程在待机过程中持续重复。尝试上电检测的持续时间由电阻R40(100k)和电容C21(100nF)决定，而两次尝试所间隔的休眠时间由电阻R39(1M)和电容C20(1uF)，由于R39远大于R40，C20远大于C21，因此在待机过程中系统消耗的功耗大大降低。

Claims (2)

1.一种电动汽车全自动无线充电系统，其结构有电源管理电路(1)、能量发射电路(3)，其特征在于，结构还有电压调节电路(2)、取样电路(4)、电流判断电路(5)、限幅电路(6)、空载检测电路(7)和输出自动控制电路(8)；所述的电源管理电路(1)的输入端与市电相连，输出端为系统中其它各模块提供所需的电源；电压调节电路(2)的输出端分别与能量发射电路(3)的一个输入端、限幅电路(6)的输入端相连，限幅电路(6)的输出端与空载检测电路(7)的输入端相连，空载检测电路(7)的输出端与输出自动控制电路(8)的输入端相连，输出自动控制电路(8)的输出端与能量发射电路(3)的另一个输入端相连，能量发射电路(3)的输出端与取样电路(4)的输入端相连，取样电路(4)的输出端与电流判断电路(5)的输入端相连，电流判断电路的输出端与电压调节电路(2)的输入端相连；
所述的电压调节电路(2)的结构为：电容C8的一端、电阻R3的一端接电源VCC/2，电容C8的另一端与运放U1 B的反相输入端、电阻R4的一端及运放U2A的同相输入端相连，电阻R3的另一端与运放U1 B的同相输入端、电阻R5的一端相连，运放U1B的输出端与电阻R4的另一端、电阻R5的另一端相连，运放U2A的反相输入端作为所述的电压调节电路(2)的第二输入端，记为端口P2_in2，与电流判断电路(5)的输出端相连，运放U2A的输出端与场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的漏极作为所述的电压调节电路(2)的第一输入端，记为端口P2_in1，与电源管理电路(1)的端口P1_out1相连，场效应管Q1的源极与电感L1的一端、二极管D4的负极相连，电感L1的另一端与电解电容C9的正极相连，并作为电压调节电路(2)的输出端，记为端口P2_out，电解电容C9的负极与二极管D4的正极相连并接地；
所述的能量发射电路(3)的结构为：电阻R6的一端、电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端分别与单片机的不同I/O端口相连，电阻R6的另一端与芯片U6的1端口相连，电阻R7的另一端与芯片U6的4端口相连，芯片U6的2端口、3端口接地，8端口与电阻R10的一端、电阻R11的一端、电容C10的一端相连，接电源VCC，芯片U6的7端口与电阻R10的另一端、芯片U8的2端口相连，芯片U6的6端口与电阻R11的另一端、芯片U8的3端口相连，芯片U6的5端口与电容C10的另一端接地，芯片U8的1端口、电容C11的一端接电源VCC，电容C11的另一端与芯片U8的4端口接地，电阻R16的一端接电源VCC，另一端与二极管D5的正极相连，二极管的D5的负极与芯片U8的8端口、电容C12的一端相连，芯片U8的7端口与电阻R12的一端相连，芯片U8的6端口与电容C12的另一端、电阻R13的一端及场效应管Q2的源极、场效应管Q4的漏极、电容C16的一端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的另一端、场效应管Q2的栅极相连，芯片U8的5端口与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端与电阻R21的一端、场效应管Q4的栅极相连，电阻R21的另一端与场效应管Q4的源极、场效应管Q6的漏极相连；电阻R8的另一端与芯片U7的1端口相连，电阻R9的另一端与芯片U7的4端口相连，芯片U7的2端口、3端口接地，8端口与电阻R17的一端、电阻R18的一端、电容C13的一端相连，接电源VCC，芯片U7的7端口与电阻R17的另一端、芯片U9的2端口相连，芯片U7的6端口与电阻R18的另一端、芯片U9的3端口相连，芯片U7的5端口与电容C13的另一端接地，芯片U9的1端口、电容C14的一端接电源VCC，电容C14的另一端与芯片U9的4端口接地，电阻R19的一端接电源VCC，另一端与二极管D6的正极相连，二极管的D6的负极与芯片U9的8端口、电容C15的一端相连，芯片U9的7端口与电阻R14的一端相连，芯片U9的6端口与电容C15的另一端、电阻R15的一端及场效应管Q3的源极、场效应管Q5的漏极、电感L2的一端相连，电感L2的另一端与电容C16的另一端相连，场效应管Q3漏极与场效应管Q2的漏极相连，作为能量发射电路(3)的第一输入端，记为端口P3_in1，与电压调节电路(2)的端口P2_out相连；电阻R14的另一端与电阻R15的另一端、场效应管Q3的栅极相连，芯片U9的5端口与电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与电阻R22的一端、场效应管Q5的栅极相连，电阻R22的另一端与场效应管Q5的源极、场效应管Q6的漏极相连；场效应管Q6的栅极作为能量发射电路(3)的第二输入端口，记为端口P3_in，与输出自动控制电路(8)相连，场效应管Q6的源极与电阻R24的一端相连，作为能量发射电路(3)的输出端，记为端口P3_out，与取样电路(4)的输入端相连，电阻R24的另一端接地；所述的芯片U6和芯片U7是集成双通道光耦，型号均为HCPL2630，所述的芯片U8和芯片U9是MOS管驱动芯片，型号均为IR2101；
所述的取样电路(4)的结构为：运放U2B的同相输入端作为取样电路(4)的输入端，记为端口P4_in，与能量发射电路(3)的端口P3_out相连；运放U2B的输出端与二极管D7的正极、电阻R26的一端相连，电阻R26的另一端与运放U2B的反相输入端、电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端接地，二极管D7的负极与电容C17的一端、电阻R27的一端、电容C18的一端相连，电容C17的另一端、电阻R27的另一端接地，电容C18的另一端作为取样电路(4)的输出端，记为端口P4_out，与电流判断电路(5)的输入端相连；
所述的电流判断电路(5)的结构为：电阻R28的一端接电源VCC，另一端与二极管D8的负极、运放U3A的同相输入端相连，运放U3A的输出端与电阻R31的一端、可变电阻器R30的一端相连，可变电阻器R30的另一端与运放U3A的反相输入端、电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端、二极管D8的正极接地；电阻R31的另一端与运放U3B的反相输入端、电阻R32的一端相连，电阻R32的另一端与运放U3B的输出端相连，作为电流判断电路(5)的输出端，记为端口P5_out，与电压调节电路(2)的端口P2_in2相连，运放U3B的同相输入端与电阻R33、电阻R34的一端相连，电阻R34的另一端接电源VCC/2，电阻R33的另一端作为电流判断电路(5)的输入端，记为端口P5_in，与取样电路(4)的端口P4_out相连；
所述的限幅电路(6)的结构为：运放U4A的同相输入端接输入电源VCC，输出端口与运放U4A的反相输入端、二级管D9的负极相连，二极管D9的正极与电阻R35的一端、运放U4B的同相输入端相连，电阻R35的另一端作为限幅电路(6)的输入端，记为端口P6_in，与电压调节电路(2)的端口P2_out相连，运放U4B的输出端与运放U4B的反相输入端相连，作为限幅电路(6)的输出端，记为端口P6_out，与空载检测电路(7)的输入端相连；
所述的空载检测电路(7)的结构为：电阻R36的一端接电源VCC，另一端与二极管D10的负极、滑动变阻W1的一端相连，二极管D10的正极与滑动变阻W1的另一端接地；滑动变阻W1的滑线端与运放U5A的反相输入端相连，运放U5A的同相输入端口作为空载检测电路(7)的输入端，记为端口P7_in，与限幅电路(6)的端口P6_out相连，运放U5A的输出端作为空载检测电路(7)的输出端，记为端口P7_out，与输出自动控制电路(8)的输入端相连；
所述的输出自动控制电路(8)的结构为：三极管Q7的集电极接电源VCC，基极作为输出自动控制电路(8)的输入端，记为端口P8_in，与空载检测电路(7)的端口P7_out相连，三极管Q7的发射端与电阻R37的一端、电阻R38的一端、三极管Q8的发射极相连，电阻R37的另一端接地，电阻R38的另一端与电容C19的一端、反相器U11A的输入端相连，电容C19的另一端接地，反相器U11A的输出端与D触发器U10A的CK端相连，D触发器U10A的D端、CLR端与电容C20的一端接地，D触发器U10A的PR端与电容C20的另一端、电阻R39的一端、二极管D11的正极相连，D触发器U10A的Q端与二极管D11的负极、电阻R39的另一端相连，D触发器U10A的Q端与D触发器U10B的CK端相连，作为输出自动控制电路(8)的输出端，记为端口P8_out，与能量发射电路(3)的端口P3_in2相连，D触发器U10B的D端、CLR端与电容C21的一端接地，电容C21的另一端与二极管D12的正极、电阻R40的一端、D触发器U10B的PR端相连，D触发器U10B的Q端与二极管D12的负极、电阻R40的另一端相连，D触发器U10B的Q端与反相器U11B的输入端相连，反相器U11 B的输出端与三极管Q8的基极相连，三极管Q8的集电极接电源VCC。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车全自动无线充电系统，其特征在于，所述的电源管理电路(1)采用以下结构：变压器T1的输入端与市电相连，三个输出端分别与整流桥D1、整流桥D2、整流桥D3的输入端相连；整流桥D1的输出端负极接电解电容C1的负极并接地，整流桥D1的输出端正极接电解电容C1的正极并作为所述的电源管理电路(1)的第一输出端，记为端口P1_out1，为电压调节电路(2)供电；整流桥D2的输出端负极接电解电容C2的负极并接地，整流桥D2的输出端正极接电解电容C2的正极并与芯片LM7812的1端口相连，还与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与芯片LM7812的2端口相连并接地，电容C4的一端接地，另一端与芯片LM7812的3端口相连，并与电阻R1的一端相连，作为所述的电源管理电路(1)的第二输出端，记为端口P1_out2，为系统中各模块提供电源VCC，电阻R1的另一端与电阻R2的一端及运放U1A的同相输入端相连，电阻R2的另一端接地，运放U1A的反相输入端与输出端相连，作为所述的电源管理电路(1)的第三输出端，记为端口P1_out3，为电压调节电路(2)和电流判断电路(5)提供电源VCC/2；整流桥D3的输出端负极接电解电容C5的负极并接地，整流桥D3的输出端正极接电解电容C5的正极并与芯片LM7805的1端口相连，还与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与芯片LM7805的2端口相连并接地，电容C7的一端接地，另一端与芯片LM7805的3端口相连，作为所述的电源管理电路(1)的第四输出端，记为端口P1_out4，为系统中各数字芯片提供电源VDD。
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