CN112104109A - 一种用于无线电能传输系统的控制器电路 - Google Patents

一种用于无线电能传输系统的控制器电路 Download PDF

Info

Publication number
CN112104109A
CN112104109A CN202010953179.8A CN202010953179A CN112104109A CN 112104109 A CN112104109 A CN 112104109A CN 202010953179 A CN202010953179 A CN 202010953179A CN 112104109 A CN112104109 A CN 112104109A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
resistor
voltage
module
capacitor
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.)
Granted
Application number
CN202010953179.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112104109B (zh
Inventor
刘之涛
刘佳
苏宏业
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.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
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 Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202010953179.8A priority Critical patent/CN112104109B/zh
Publication of CN112104109A publication Critical patent/CN112104109A/zh
Priority to PCT/CN2021/101426 priority patent/WO2022052559A1/zh
Priority to US17/778,829 priority patent/US11601018B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112104109B publication Critical patent/CN112104109B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles
    • B60L53/665—Methods related to measuring, billing or payment
    • 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
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Transmitters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于无线电能传输系统的控制器电路。控制器电路包括电路板以及安装在电路板上的微处理器模块、两组电流采样模块、两组电压采样模块、can通信模块和PWM模块，两组电流采样模块、两组电压采样模块、逻辑转换电路和can通信模块均通过电路板布线与微处理器模块连接；两组电流采样模块分别经各自的信号隔离电路连接到逻辑转换电路，逻辑转换电路连接到PWM模块，PWM模块连接到逆变电路或者DC/DC变换器，电流采样模块和电压采样模块连接到无线电能传输系统的原边侧或者副边侧。本发明实现强弱电电气隔离，减小检测信号受到主电路中高频噪声的影响，工作性能稳定；电路组成简单，特别适合量产，对过电流和过电压的具有硬件和软件双重保护作用。

Description

一种用于无线电能传输系统的控制器电路
技术领域
本发明涉及电源检测和控制领域的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，特别是涉及了一种用于无线电能传输系统的控制器电路。
背景技术
近些年，电动汽车无线电能传输技术(wireless power transfer，WPT)得到了越来越多的关注。无线充电系统不含外漏端口，无需人工操作，不占据地上空间，能够实现静止状态和行进状态充电，因而其相对于有线充电方式，具有运行安全、充电智能、方案配置灵活等优点，并且有望降低电动汽车蓄电池组的大小和整车质量，减少能源消耗。
无线电能传输系统具有复杂的拓扑结构，应用中，控制器需要给无线电能传输系统提供高频PWM信号，驱动逆变电路生成高频交流电压。如此同时，还需要采集相应的电压和电流信号，每组电压及电流采样电路通过多只电阻将其中电压和电流信号降压限流、电容等滤波后，然后输出模拟电压信号进入至微处理器模块的信号输入端，进而微处理器模块对输入的信号进行处理后，通过can通信模块上传到上位机，从而在显示屏界面显示出电压及电流数值，用户就可对显示的电压、电流数据进行判定，得到系统运行的相应数据。
由于现有的控制器电路中，是直接采用降压电阻及电容对电源进行采样，电阻采样信号容易受主电路中高频噪声的干扰，这样会导致采样精度不高，对后续检测的数据正确性带来不利的影响。而且，系统的保护机制主要为软件保护，存在保护不及时的问题，影响系统的稳定运行。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于无线电能传输系统的控制器电路。本发明运用互感器和霍尔传感器分别采集电压和电流信号，实现了强弱电电气隔离，通过建立硬件和软件双重保护机制，当系统电压和电流超过设定阈值时，关闭系统PWM信号，对无线电能传输系统提供了有效的安全保护。
本发明采用的技术方案如下：
控制器电路包括电路板以及安装在电路板上的微处理器模块、两组电流采样模块、两组电压采样模块、can通信模块和PWM模块，两组电流采样模块、两组电压采样模块、逻辑转换电路和can通信模块均通过电路板布线与微处理器模块连接；两组电流采样模块分别经各自的信号隔离电路连接到逻辑转换电路，逻辑转换电路连接到PWM模块，PWM模块连接到逆变电路或者DC/DC变换器，电流采样模块和电压采样模块连接到无线电能传输系统的原边侧或者副边侧。
所述的无线电能传输系统包括原边侧和副边侧，原边侧主要由发射线圈、原边侧谐振电路、逆变电路、整流电路和电网依次连接构成，副边侧主要由接收线圈、副边侧谐振电路、整流电路、DC/DC变换器和电池依次连接构成；
所述的无线电能传输系统的原边侧和副边侧均设置连接有一个控制器电路，原边侧的控制器电路中的电流采样模块和电压采样模块连接到逆变电路上，副边侧的控制器电路中的电流采样模块和电压采样模块连接到DC/DC变换器上。
所述控制器电路还包括开关电源模块，所述开关电源模块给微处理器模块、两组电流采样模块、两组电压采样模块、can通信模块和PWM模块提供相应电压等级的工作电源。
所述的上位机根据输入信号产生控制信息，经can通信模块发送到微处理器模块以进行反馈控制。
所述的PWM模块向无线电能传输系统的逆变电路或DC/DC变换器提供PWM信号。
所述微处理器模块采用DSP、ARM或者FPGA。
通过电流采样模块和电压采样模块从无线电能传输系统采集获得原边侧或副边侧的电路电流和电路电压，并将电路电流和电路电压发送到微处理器模块，微处理器模块对电路电流和电路电压进行判断产生片选信号PWMEN，电流采样模块输出的保护信号经信号隔离电路处理后和片选信号PWMEN同时输入到逻辑转换电路后，逻辑转换电路输出PWM使能信号，PWM使能信号发送到PWM模块，PWM模块根据PWM使能信号来决定是否产生PWM信号发送到逆变电路或者DC/DC变换器，进而控制原边侧或者副边侧的供电或者充电工作；微处理器模块将电路电流和电路电压发送到can通信模块，经由can通信模块发送到上位机进行显示。
所述的电流采样模块包括电压比较电路、第一二阶有源滤波电路、第一电压转换电路和接插件；接插件的输出引脚与电容C11、第一电压转换电路、电压比较电路和第一二阶有源滤波电路并联，其中电容C11接地，电压比较电路输出保护信号，第一二阶有源滤波电路输出电路电流；第一电压转换电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15，电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15的一端连接接插件的输出引脚，电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15的另一端接地；在电压比较电路中，电阻R6的一端与接插件的输出引脚相连，电阻R6的另一端分别连接到比较器U1A的同相输入端和比较器U1B的反相输入端；电阻R1一端接-15V电源，电阻R1的另一端接到并联的电阻R1和电容C2后接地，电阻R1的另一端接到电容C3后连接到比较器U1A的同相输入端，电阻R1的另一端接到比较器U1A的反相输入端；电阻R9一端接+15V电源，电阻R9的另一端接到并联的电阻R8和电容C6后接地，电阻R9的另一端接到电容C7后连接到比较器U1B的反相输入端，电阻R9的另一端接到比较器U1B的同相输入端；电阻R5一端接+15V电源，另一端经电容C5后接地，比较器U1A的输出端和比较器U1B的输出端相连与电阻R5接电容C5的一端相连后输出保护信号；在第一二阶有源滤波电路中，接插件的输出引脚经电阻R12和电阻R13后连接到放大器U2A的同相输入端，接插件的输出引脚经电阻R12和电容C8后连接到放大器U2A的输出端，接插件的输出引脚分别经电阻R16和电容C12后接地，电阻R13与放大器U2A的同相输入端相连的一端接电容C13后接地，放大器U2A的反相输入端与放大器U2A的输出端相连，放大器U2A的输出端输出电路电流。
所述的逻辑转换电路包括与非门逻辑芯片U3和或门逻辑芯片U4，+3.3V电源分别经电容C9和与非门逻辑芯片U3接地，与非门逻辑芯片U3的输入端分别为两组电流采样模块经各自信号隔离电路处理后的保护信号，与非门逻辑芯片U3的输出端连接到或门逻辑芯片U4的一个输入端，+3.3V电源分别经电容C10和或门逻辑芯片U4接地，片选信号PWMEN与经+3.3V电源相连的电阻R18相连后连接到或门逻辑芯片U4的另一个输入端，或门逻辑芯片U4的输出端与经+3.3V电源相连的电阻R18相连后输出PWM使能信号。
所述的电压采样模块包括第二二阶有源滤波电路、第二电压转换电路、降压电路和互感器U5；降压电路由电阻R19-R23依次串联组成，降压电路的一端接无线电能传输系统中的逆变电路或者DC/DC变换器的正极C+，降压电路的另一端接U5的+HT引脚，互感器U5的-HT引脚接无线电能传输系统中的逆变电路或者DC/DC变换器的负极C-，互感器U5的M引脚分别经电容C16接地、经电阻R24和第二电压转换电路中的电阻R27接地，电阻R24和电阻R27之间引出导线连接到第二二阶有源滤波电路；在第二二阶有源滤波电路中，电阻R24和电阻R27之间引出的导线分别经电阻R28和电容C15接地、经电阻R25和电阻R26后连接到放大器U2B的同相输入端，电阻R25和放大器U2B的输出端之间接电容C14，电阻R26与放大器U2B的同相输入端相连的一端连接电容C17后接地，放大器U2B的反相输入端与放大器U2B的输出端相连，放大器U2B的输出端输出电路电压。所述的降压电路中的电阻采用大功率的精密合金电阻。
本发明的有益效果：
本发明为无线电能传输系统设计了一种控制器电路，运用互感器和霍尔传感器分别采集电压和电流信号，实现了强弱电电气隔离，减小了检测信号受到主电路中高频噪声的影响，工作性能稳定。该控制器电路组成简单，可以实现电路板布线，特别适合量产，对过电流和过电压的具有硬件和软件双重保护作用。
附图说明
图1是控制器电路原理图；
图2是无线电能传输系统中控制器电路的应用图；
图3是电流采样模块原理图；
图4是逻辑转换电路原理图；
图5是电压采样模块原理图。
图中：1、电压比较电路，2、第一二阶有源滤波电路，3、第一电压转换电路4、接插件，5、第二电压转换电路，6、降压电路，7、第二二阶有源滤波电路，8、逻辑转换电路。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的描述。
如图1所示，本发明的控制器电路包括电路板以及安装在电路板上的微处理器模块、两组电流采样模块、两组电压采样模块、can通信模块和PWM模块，两组电流采样模块、两组电压采样模块、逻辑转换电路和can通信模块均通过电路板布线与微处理器模块连接；两组电流采样模块分别经各自的信号隔离电路连接到逻辑转换电路，逻辑转换电路连接到PWM模块，PWM模块连接到逆变电路或者DC/DC变换器，电流采样模块和电压采样模块连接到无线电能传输系统的原边侧或者副边侧。
如图2所示，无线电能传输系统包括原边侧和副边侧，原边侧主要由发射线圈、原边侧谐振电路、逆变电路、整流电路和电网依次连接构成，副边侧主要由接收线圈、副边侧谐振电路、整流电路、DC/DC变换器和电池依次连接构成；
无线电能传输系统的原边侧和副边侧均设置连接有一个控制器电路，原边侧的控制器电路中的电流采样模块和电压采样模块连接到逆变电路上，副边侧的控制器电路中的电流采样模块和电压采样模块连接到DC/DC变换器上。
控制器电路还包括开关电源模块，开关电源模块给微处理器模块、两组电流采样模块、两组电压采样模块、can通信模块和PWM模块提供相应电压等级的工作电源。
通过电流采样模块和电压采样模块从无线电能传输系统采集获得原边侧或副边侧的电路电流和电路电压，并将电路电流和电路电压发送到微处理器模块，微处理器模块对电路电流和电路电压进行判断产生片选信号PWMEN，电流采样模块输出的保护信号经信号隔离电路处理后和片选信号PWMEN同时输入到逻辑转换电路8后，逻辑转换电路8输出PWM使能信号，PWM使能信号发送到PWM模块，PWM模块根据PWM使能信号来决定是否产生PWM信号发送到逆变电路或者DC/DC变换器，进而控制原边侧或者副边侧的供电或者充电工作；微处理器模块将电路电流和电路电压发送到can通信模块，经由can通信模块发送到上位机进行显示。上位机根据输入信号产生控制信息，经can通信模块发送到微处理器模块以进行反馈控制。通过can通信模块，控制器和上位机之间进行数据交换：一方面，控制器将采集到的电流和电压信号以及控制器的工作模式状态通过can通信模块发送给上位机进行显示；另一方面，上位机可以给控制器发送控制指令，调整系统的工作模式。
PWM模块向无线电能传输系统的逆变电路或DC/DC变换器提供80～100kHz的PWM信号，用于驱动逆变电路或DC/DC变换器生成相应频率的高频电压信号。微处理器模块采用DSP、ARM或者FPGA，能根据电流和电压信号快速响应。
当微处理器模块对采集的电路电流和电路电压判断到大于预先设置的电流阈值或者电压阈值时，微处理器模块采取保护机制，输出高电平的片选信号PWMEN，发送到逻辑转换电路8使得逻辑转换电路8输出高电平的PWM使能信号，并使高电平的PWM使能信号发送到PWM模块关闭PWM模块，PWM模块不控制逆变电路或者DC/DC变换器进行工作，这样通过软件方式来保护无线电能传输系统。
当两组电流采样模块中采集到的电压信号超过设置的上下电压阈值时，会使得保护信号为低电平；输出的保护信号至少有一个为低电平时，保护信号发送到逻辑转换电路(8)后使得逻辑转换电路(8)输出高电平的PWM使能信号，并使高电平的PWM使能信号发送到PWM模块关闭PWM模块，PWM模块不控制逆变电路或者DC/DC变换器进行工作，这样通过硬件方式来保护无线电能传输系统。
如图3所示，电流采样模块包括电压比较电路1、第一二阶有源滤波电路2、第一电压转换电路3和接插件4；接插件4的输出引脚与电容C11、第一电压转换电路3、电压比较电路1和第一二阶有源滤波电路2并联，其中电容C11接地，电压比较电路1输出保护信号，第一二阶有源滤波电路2输出电路电流；第一电压转换电路3包括电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15，电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15的一端连接接插件4的输出引脚，电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15的另一端接地；在电压比较电路1中，电阻R6的一端与接插件4的输出引脚相连，电阻R6的另一端分别连接到比较器U1A的同相输入端和比较器U1B的反相输入端；电阻R1一端接-15V电源，电阻R1的另一端接到并联的电阻R1和电容C2后接地，电阻R1的另一端接到电容C3后连接到比较器U1A的同相输入端，电阻R1的另一端接到比较器U1A的反相输入端；电阻R9一端接+15V电源，电阻R9的另一端接到并联的电阻R8和电容C6后接地，电阻R9的另一端接到电容C7后连接到比较器U1B的反相输入端，电阻R9的另一端接到比较器U1B的同相输入端；电阻R5一端接+15V电源，另一端经电容C5后接地，比较器U1A的输出端和比较器U1B的输出端相连与电阻R5接电容C5的一端相连后输出保护信号；在第一二阶有源滤波电路2中，接插件4的输出引脚经电阻R12和电阻R13后连接到放大器U2A的同相输入端，接插件4的输出引脚经电阻R12和电容C8后连接到放大器U2A的输出端，接插件4的输出引脚分别经电阻R16和电容C12后接地，电阻R13与放大器U2A的同相输入端相连的一端接电容C13后接地，放大器U2A的反相输入端与放大器U2A的输出端相连，放大器U2A的输出端输出电路电流。
每组电流采样模块包括电压比较电路1、第一二阶有源滤波电路2、第一电压转换电路3和接插件4；所述每组第一电压转换电路3分别与对应的信号隔离电路7连接，两组信号隔离电路7的输出和逻辑转换电路8连接，一起构成电流采样硬件保护机制。在每组电流采样模块中，霍尔传感器与接插件相连，将需要采集的大电流传换成小电流，通过电压转换电路3转换成电压信号，经过第一二阶有源滤波2电路将电压信号传送给微处理器模块，实现电流信号的采集；所述经第一电压转换电路3转换成的电压信号传送给电压比较电路1，当超过设置的上下电压阈值时，给保护信号一个低电平；
本实施例中电压比较电路1由LM293ADR芯片、电阻和电容组成，上下电压阈值由R1、R2、R8和R9的参数设置。本案例中微处理器采用TMS320DSP28335芯片，该处理器的ADC接口最大承受电压原则上不超过3.3V。为了保护ADC接口，R1与R2和R8与R9分别分摊-15V和+15V电压，比较电路设置的阈值范围为-3.74V～+3.74V。
如图4所示，逻辑转换电路8包括与非门逻辑芯片U3和或门逻辑芯片U4，+3.3V电源分别经电容C9和与非门逻辑芯片U3接地，与非门逻辑芯片U3的输入端分别为两组电流采样模块经各自信号隔离电路处理后的保护信号，与非门逻辑芯片U3的输出端连接到或门逻辑芯片U4的一个输入端，+3.3V电源分别经电容C10和或门逻辑芯片U4接地，片选信号PWMEN与经+3.3V电源相连的电阻R18相连后连接到或门逻辑芯片U4的另一个输入端，或门逻辑芯片U4的输出端与经+3.3V电源相连的电阻R18相连后输出PWM使能信号。
当两路电流采样模块正常工作时，相应的比较电路输出B1和B2的逻辑均为高，经过与非门逻辑芯片U3-74LVC1G00-生成低电平。正常工作时，微处理器生成的片选信号PWMEN为低电平，经过或门逻辑芯片U4-74LVC1G32生成PWM模块的使能信号为低电平，PWM模块被驱动。当两路电流采用电路出现过电流现象时，相应的比较电路输出B1和B2的逻辑出现低电平，经过与非门逻辑芯片U3-74LVC1G00-生成高电平。微处理器模块生成的片选信号PWMEN为低电平，经过或门逻辑芯片U4-74LVC1G32生成PWM模块的使能信号为高电平，PWM模块被关闭。因此，当两路电流采样模块中的任一比较电路检测到采样电压超过阈值范围时，产生的保护信号为低电平，均会关闭PWM的使能信号。
与此同时，所述微处理器模块可以通过软件方式设置采样电压和电流的保护机制，当采样的电压和电流大于设置的相应阈值时，微处理器出发保护机制，使得片选信号PWMEN为高电平，从而关闭PWM使能信号。
如图5所示，电压采样模块包括第二二阶有源滤波电路7、第二电压转换电路5、降压电路6和互感器U5；降压电路6由电阻R19-R23依次串联组成，降压电路6的一端接无线电能传输系统中的逆变电路或者DC/DC变换器的正极C+，降压电路6的另一端接U5的+HT引脚，互感器U5的-HT引脚接无线电能传输系统中的逆变电路或者DC/DC变换器的负极C-，互感器U5的M引脚分别经电容C16接地、经电阻R24和第二电压转换电路5中的电阻R27接地，电阻R24和电阻R27之间引出导线连接到第二二阶有源滤波电路7；在第二二阶有源滤波电路7中，电阻R24和电阻R27之间引出的导线分别经电阻R28和电容C15接地、经电阻R25和电阻R26后连接到放大器U2B的同相输入端，电阻R25和放大器U2B的输出端之间接电容C14，电阻R26与放大器U2B的同相输入端相连的一端连接电容C17后接地，放大器U2B的反相输入端与放大器U2B的输出端相连，放大器U2B的输出端输出电路电压。降压电路6中的电阻采用大功率的精密合金电阻。
在每组电压采样电路中，通过降压电路6将采集的电压转化成小电流，经过互感器U5对电流进行隔离转换，通过第二电压转换电路5转换成电压，经第二二阶有源电路7传送给微处理器模块，实现电压信号的采集。
本实施采用LEM的LV-25P传感器作为电压采样的主要元件。LV-25P内部具有闭环磁通补偿，最大可测量600V电压，精度、响应速度、带宽等方面能满足本设计的要求。
图5中，R19、R21、R22、R23、R24是五个串联在霍尔原边的降压电阻，依次按电性串联在一起，其总的阻值为55kΩ，采用2W的精密合金电阻。设采样电压为Us1，则霍尔原边的电流Is1大小为：
Figure BDA0002677713340000081
根据互感器的变比可得霍尔副边的电流Is2大小：
Is2＝2.5×Is1
霍尔副边的电流信号经过副边电压转换电阻R27转换成副边采样电压Us2：
Us2＝Is2×R27＝100×Is2
副边采样电压Us2通过第二二阶有源滤波电路7后进入到DSP28335的ADC模块转换成数字信号，得到的数字值为：
Figure BDA0002677713340000082
即电压采样模块的采集的电路电压：
UDIGITAL1≈6.2×Us1
如图3所示，本实施电流采样模块采用变比为1000:1的CHB-50SF霍尔传感器，本案例中第一电压转换电路3采用了四个100Ω的电阻并联，目的在于增大电阻功率。电流采样信号经过采样电阻后转换成电压信号，采样电压Us3为：
Figure BDA0002677713340000083
再经过运放跟随电路进入到DSP的ADC单元，转换成数字信号为：
Figure BDA0002677713340000084
由于电路电压已知，由上式可得电流采样模块的采集的电路电流。在微处理器中，通过软件设计就可以得到实际的采样电压和电流值。
本实施例中，采用LabVIEW软件设计上位机显示界面，通过can通信模块，实现上位机和微处理器间信息的交互。在LabVIEW界面上，可以展示采集的电流和电压信号的数值。在TMS320DSP28335微处理器中，可以烧录控制算法的程序，通过LabVIEW上位机可以实时修改微处理器中的控制算法的参数，调节控制算法的应用效果。通过上位机还可以给微处理器发送PWM的频率信号，调节PWM信号的频率，本实施例中PWM信号设置为85kHz。

Claims (10)

1.一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：控制器电路包括电路板以及安装在电路板上的微处理器模块、两组电流采样模块、两组电压采样模块、can通信模块和PWM模块，两组电流采样模块、两组电压采样模块、逻辑转换电路和can通信模块均通过电路板布线与微处理器模块连接；两组电流采样模块分别经各自的信号隔离电路连接到逻辑转换电路，逻辑转换电路连接到PWM模块，PWM模块连接到逆变电路或者DC/DC变换器，电流采样模块和电压采样模块连接到无线电能传输系统的原边侧或者副边侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述的无线电能传输系统包括原边侧和副边侧，原边侧主要由发射线圈、原边侧谐振电路、逆变电路、整流电路和电网依次连接构成，副边侧主要由接收线圈、副边侧谐振电路、整流电路、DC/DC变换器和电池依次连接构成；
所述的无线电能传输系统的原边侧和副边侧均设置连接有一个控制器电路，原边侧的控制器电路中的电流采样模块和电压采样模块连接到逆变电路上，副边侧的控制器电路中的电流采样模块和电压采样模块连接到DC/DC变换器上。
3.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述控制器电路还包括开关电源模块，所述开关电源模块给微处理器模块、两组电流采样模块、两组电压采样模块、can通信模块和PWM模块提供相应电压等级的工作电源。
4.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：通过电流采样模块和电压采样模块从无线电能传输系统采集获得原边侧或副边侧的电路电流和电路电压，并将电路电流和电路电压发送到微处理器模块，微处理器模块对电路电流和电路电压进行判断产生片选信号PWMEN，电流采样模块输出的保护信号经信号隔离电路处理后和片选信号PWMEN同时输入到逻辑转换电路(8)后，逻辑转换电路(8)输出PWM使能信号，PWM使能信号发送到PWM模块，PWM模块根据PWM使能信号来决定是否产生PWM信号发送到逆变电路或者DC/DC变换器，进而控制原边侧或者副边侧的供电或者充电工作；微处理器模块将电路电流和电路电压发送到can通信模块，经由can通信模块发送到上位机进行显示。
5.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述的电流采样模块包括电压比较电路(1)、第一二阶有源滤波电路(2)、第一电压转换电路(3)和接插件(4)；接插件(4)的输出引脚与电容C11、第一电压转换电路(3)、电压比较电路(1)和第一二阶有源滤波电路(2)并联，其中电容C11接地，电压比较电路(1)输出保护信号，第一二阶有源滤波电路(2)输出电路电流；第一电压转换电路(3)包括电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15，电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15的一端连接接插件(4)的输出引脚，电阻R10、电阻R11、电阻R14和电阻R15的另一端接地；在电压比较电路(1)中，电阻R6的一端与接插件(4)的输出引脚相连，电阻R6的另一端分别连接到比较器U1A的同相输入端和比较器U1B的反相输入端；电阻R1一端接-15V电源，电阻R1的另一端接到并联的电阻R1和电容C2后接地，电阻R1的另一端接到电容C3后连接到比较器U1A的同相输入端，电阻R1的另一端接到比较器U1A的反相输入端；电阻R9一端接+15V电源，电阻R9的另一端接到并联的电阻R8和电容C6后接地，电阻R9的另一端接到电容C7后连接到比较器U1B的反相输入端，电阻R9的另一端接到比较器U1B的同相输入端；电阻R5一端接+15V电源，另一端经电容C5后接地，比较器U1A的输出端和比较器U1B的输出端相连与电阻R5接电容C5的一端相连后输出保护信号；在第一二阶有源滤波电路(2)中，接插件(4)的输出引脚经电阻R12和电阻R13后连接到放大器U2A的同相输入端，接插件(4)的输出引脚经电阻R12和电容C8后连接到放大器U2A的输出端，接插件(4)的输出引脚分别经电阻R16和电容C12后接地，电阻R13与放大器U2A的同相输入端相连的一端接电容C13后接地，放大器U2A的反相输入端与放大器U2A的输出端相连，放大器U2A的输出端输出电路电流。
6.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述的逻辑转换电路(8)包括与非门逻辑芯片U3和或门逻辑芯片U4，+3.3V电源分别经电容C9和与非门逻辑芯片U3接地，与非门逻辑芯片U3的输入端分别为两组电流采样模块经各自信号隔离电路处理后的保护信号，与非门逻辑芯片U3的输出端连接到或门逻辑芯片U4的一个输入端，+3.3V电源分别经电容C10和或门逻辑芯片U4接地，片选信号PWMEN与经+3.3V电源相连的电阻R18相连后连接到或门逻辑芯片U4的另一个输入端，或门逻辑芯片U4的输出端与经+3.3V电源相连的电阻R18相连后输出PWM使能信号。
7.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述的电压采样模块包括第二二阶有源滤波电路(7)、第二电压转换电路(5)、降压电路(6)和互感器U5；降压电路(6)由电阻R19-R23依次串联组成，降压电路(6)的一端接无线电能传输系统中的逆变电路或者DC/DC变换器的正极C+，降压电路(6)的另一端接U5的+HT引脚，互感器U5的-HT引脚接无线电能传输系统中的逆变电路或者DC/DC变换器的负极C-，互感器U5的M引脚分别经电容C16接地、经电阻R24和第二电压转换电路(5)中的电阻R27接地，电阻R24和电阻R27之间引出导线连接到第二二阶有源滤波电路(7)；在第二二阶有源滤波电路(7)中，电阻R24和电阻R27之间引出的导线分别经电阻R28和电容C15接地、经电阻R25和电阻R26后连接到放大器U2B的同相输入端，电阻R25和放大器U2B的输出端之间接电容C14，电阻R26与放大器U2B的同相输入端相连的一端连接电容C17后接地，放大器U2B的反相输入端与放大器U2B的输出端相连，放大器U2B的输出端输出电路电压。
8.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述的上位机根据输入信号产生控制信息，经can通信模块发送到微处理器模块以进行反馈控制。
9.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述的PWM模块向无线电能传输系统的逆变电路或DC/DC变换器提供PWM信号。
10.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的控制器电路，其特征在于：所述微处理器模块采用DSP、ARM或者FPGA。
CN202010953179.8A 2020-09-11 2020-09-11 一种用于无线电能传输系统的控制器电路 Active CN112104109B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010953179.8A CN112104109B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种用于无线电能传输系统的控制器电路
PCT/CN2021/101426 WO2022052559A1 (zh) 2020-09-11 2021-06-22 一种用于无线电能传输系统的控制系统
US17/778,829 US11601018B2 (en) 2020-09-11 2021-06-22 Control system for wireless power transfer system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010953179.8A CN112104109B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种用于无线电能传输系统的控制器电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112104109A true CN112104109A (zh) 2020-12-18
CN112104109B CN112104109B (zh) 2022-08-23

Family

ID=73752345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010953179.8A Active CN112104109B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种用于无线电能传输系统的控制器电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112104109B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113765466A (zh) * 2021-09-17 2021-12-07 苏州汇川联合动力系统有限公司 过压保护电路、过压保护方法及电机控制器
WO2022052559A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 浙江大学 一种用于无线电能传输系统的控制系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2011253703A1 (en) * 2007-02-06 2011-12-22 Apparent Labs, LLC Multi-source, multi-load systems with a power extractor
CN202679290U (zh) * 2012-05-31 2013-01-16 上海航天汽车机电股份有限公司 一种车载直流无刷风机转速自调整系统
CN206272347U (zh) * 2016-12-05 2017-06-20 青岛鲁渝能源科技有限公司 具有异常状态保护功能的无线电能传输系统
CN108683268A (zh) * 2018-05-31 2018-10-19 杭州电子科技大学 一种谐振式无线充电系统
CN108767956A (zh) * 2018-07-03 2018-11-06 浙江中创天成科技有限公司 一种动态无线电能传输系统及其无源控制方法
CN208459500U (zh) * 2018-06-26 2019-02-01 西安交通工程学院 充电机工作状态数据采集及传输电路
US20190140698A1 (en) * 2016-04-20 2019-05-09 Shenzhen Suteng JuChuang Technologies Ltd. Co. Energy transmission using wireless communication system
CN209675988U (zh) * 2019-06-04 2019-11-22 湖北理工学院 一种基于dsp的蓄电池充放电控制系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2011253703A1 (en) * 2007-02-06 2011-12-22 Apparent Labs, LLC Multi-source, multi-load systems with a power extractor
CN202679290U (zh) * 2012-05-31 2013-01-16 上海航天汽车机电股份有限公司 一种车载直流无刷风机转速自调整系统
US20190140698A1 (en) * 2016-04-20 2019-05-09 Shenzhen Suteng JuChuang Technologies Ltd. Co. Energy transmission using wireless communication system
CN206272347U (zh) * 2016-12-05 2017-06-20 青岛鲁渝能源科技有限公司 具有异常状态保护功能的无线电能传输系统
CN108683268A (zh) * 2018-05-31 2018-10-19 杭州电子科技大学 一种谐振式无线充电系统
CN208459500U (zh) * 2018-06-26 2019-02-01 西安交通工程学院 充电机工作状态数据采集及传输电路
CN108767956A (zh) * 2018-07-03 2018-11-06 浙江中创天成科技有限公司 一种动态无线电能传输系统及其无源控制方法
CN209675988U (zh) * 2019-06-04 2019-11-22 湖北理工学院 一种基于dsp的蓄电池充放电控制系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022052559A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 浙江大学 一种用于无线电能传输系统的控制系统
US11601018B2 (en) 2020-09-11 2023-03-07 Zhejiang University Control system for wireless power transfer system
CN113765466A (zh) * 2021-09-17 2021-12-07 苏州汇川联合动力系统有限公司 过压保护电路、过压保护方法及电机控制器
CN113765466B (zh) * 2021-09-17 2024-05-24 苏州汇川联合动力系统股份有限公司 过压保护电路、过压保护方法及电机控制器

Also Published As

Publication number Publication date
CN112104109B (zh) 2022-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3925817A1 (en) Chargeable-dischargeable energy storage apparatus, wireless charging system and electric vehicle
CN112104109B (zh) 一种用于无线电能传输系统的控制器电路
CN107394864A (zh) 一种电动汽车蓄电池充放电状态监控系统
CN103904770B (zh) 一种交流电源与电池供电切换控制系统及方法
CN112886718A (zh) 一种谐振补偿式电流互感器感应取电系统
CN108695928B (zh) 一种隔离式光伏充电装置与方法
CN204835968U (zh) 一种应用于变电站电源系统中的智能高频开关电源模块
CN103715748A (zh) 锂电池充电电路
CN208836022U (zh) 一种车载逆变电源控制系统
CN208156170U (zh) 一种总线电源的主动报警电路
EP4223580A1 (en) Portable charger for electric vehicle
CN212784820U (zh) 一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统
CN212343387U (zh) 一种具有过流保护的充电设备
CN107579560A (zh) 一种蓄电池充放电状态检测及监控系统
CN113595188A (zh) 多能源模式的电池充电路由器
CN103576034A (zh) 充电机功率模块的检测装置
CN207218558U (zh) 一种智能电表的电源系统
CN208158203U (zh) 无线充电装置
CN202009259U (zh) 智能开关电源快速充电器
CN204835917U (zh) 一种基于igbt串并联的电源
US11601018B2 (en) Control system for wireless power transfer system
CN105429201A (zh) 基于sepic电路的电容器智能充电系统
CN219533665U (zh) 一种车载充电机控制电路
CN220252071U (zh) 一种级联功率模组对拖测试装置
CN215990316U (zh) 一种用于应急电源车的控制器

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant