CN113872341A - 无线充电系统副边电源电路、控制单元和系统 - Google Patents

无线充电系统副边电源电路、控制单元和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线充电系统副边电源电路控制单元，包括：辅助电源自无线充电副边设备电源电路获取驱动电压经整流电路输出至开关元件；开关元件其与驱动电源并联，并分别连接第一驱动模块和第一通信模块；第一驱动模块用于驱动第一功率转换组件各MOS；第一通信模块用于向无线充电系统原边电源电路的第二通讯模块发送下电请求；驱动电源正常工作时，第一驱动模块和第一通信模块由驱动电源供电；驱动电源馈电或异常断开时，第一驱动模块和第一通信模块由辅助电源供电。本发明还公开了一种具有所述无线充电系统副边电源电路控制单元的无线充电系统副边电源电路。以及，一种具有所述无线充电系统副边电源电路的无线充电系统。

Description

无线充电系统副边电源电路、控制单元和系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种无线充电系统副边电源电路控制单元。本发明还涉及一种具有所述无线充电系统副边电源电路控制单元的无线充电系统副边电源电路。以及，一种具有所述无线充电系统副边电源电路的无线充电系统。
背景技术
随着新能源汽车产业的迅速发展，高可靠性，高便利性的电源设备一直是电源工作者孜孜不倦的追求。因此，无线充电技术逐渐受到人们的青睐。
电动汽车无线充电技术是采用磁耦合或感应方式进行车端与地端的能量传递，并通过蓝牙或WIFI进行通讯，一般采用高阶谐振作为补偿网络。常用的高阶谐振网络为LCL，LCC等。这些谐振网络在车载侧一般都是并联谐振，在输出侧等效为电流源，输出侧不能出现开路情况，当输出侧与动力蓄电池断开时，为避免输出侧出现开路，需同步控制整流MOS管，整流MOS管由驱动模块控制，驱动模块由整车12V蓄电池单独供电，蓄电池的状态决定了MOS管能否及时得到控制。整车动力电池突然与输出侧断开时，需通过驱动模块控制整流，要求12V蓄电池持续给驱动模块供电，现有技术只能通过整车12V蓄电池供电，若此时蓄电池馈电或异常断开无法给驱动模块供电，将会导致输出侧持续给输出电容充电，输出电压持续升高，进而损坏输出整流MOS管。
现有技术的解决方案是，采用副边动力电池与12V蓄电池同时断开时，将副边控制器的驱动电源暂时切换为电容供电。在此过程中，无线充电系统的原边控制器接收不到副边控制器的通讯数据，控制无线充电系统停机，从而实现对副边的功率器件的保护。这种方式可以防止副边输出过压引起的MOS管失效，但其无法判断无线充电系统停机的具体原因，不利于系统的稳定性和安全性。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种能避免馈电或断电导致无线充电系统副边电源电路功率转换组件损毁的无线充电系统副边电源电路控制单元。
本发明还涉及一种具有所述无线充电系统副边电源电路控制单元的无线充电系统副边电源电路。以及，一种具有所述无线充电系统副边电源电路的无线充电系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的无线充电系统副边电源电路控制单元，包括：
辅助电源1，其自无线充电副边设备电源电路获取驱动电压，所述驱动电压经过整流电路2输出至开关元件3；
开关元件3，其与驱动电源6并联，并分别连接第一驱动模块4和第一通信模块5；第一驱动模块4，其用于驱动第一功率转换组件9各MOS；
第一通信模块5，其用于向无线充电系统原边电源电路的第二通讯模块11发送下电请求；
其中，驱动电源6正常工作时，开关元件3截止，第一驱动模块4和第一通信模块5由驱动电源6供电；驱动电源6馈电或异常断开时，开关元件3导通，第一驱动模块4和第一通信模块5由辅助电源1供电。
可选择的，进一步改进所述的无线充电副边电源控制电路，所述辅助电源1是自感元件，其与无线充电副边设备电源电路的谐振网络7形成耦合电路获得驱动电压。
需要说明的是，无线充电副边设备电源电路的谐振网络存在各种形式，本发明的自感元件只要与谐振网络中任意一个电感形成耦合即可提供驱动电压。
可选择的，进一步改进所述的无线充电副边电源控制电路，所述自感元件1是电感，所述开关元件3是二极管。
可选择的，进一步改进所述的无线充电副边电源控制电路，所述第一通信模块5向还记录动力电池异常故障。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有上述无线充电系统副边电源电路控制单元的无线充电系统副边电源电路，还包括：
谐振网络7,其连接在副边线圈8和第一功率转换组件9之间；
滤波网络10，其连接在第一功率转换组件9和副边高压电池11之间。
可选择的，进一步改进所述的无线充电系统副边电源电路，所述谐振网络7包括：
第一电感7.1，其第一端作为该谐振网络7第一端A连接副边线圈8一端，其第二端连接第一电容7.2第一端；
第二电感7.3，其第一端连接第一电容7.2第二端，其第二端作为该谐振网络7第二端B连接第一功率转换组件9；
第一电阻7.4，其第一端作为该谐振网络7第三端C连接副边线圈8另一端，其第二端作为该谐振网络7第四端D连接第一功率转换组件9；
第二电容7.5，其第一端连接在第一电容7.2和第二电感7.3之间，其第二端连接第一电阻7.4第二端。
可选择的，进一步改进所述的无线充电系统副边电源电路，所述第一功率转换组件9包括：
第一开关器件9.1，其第一端与第二开关器件9.2串联；
第三开关器件9.3，其第一端与第四开关器件9.4串联；
其中，第一开关器件和第二开关器件之间形成该功率转换组件的第一端E，第三开关器件和第四开关器件之间形成该功率转换组件的第二端F，第一开关器件第一端和第三开关器件第一端相连形成该功率转换组件的第三端G，第二开关器件第二端和第四开关器件第二端相连形成该功率转换组件的第四端H。
可选择的，进一步改进所述的无线充电系统副边电源电路，所述滤波网络10包括：第三电容10.1,其第一端连接第三电感10.2第一端，其第二端连接第二电阻10.3第一端，其第一端作为该滤波网络第一端I；
第三电感10.2，其第二端作为该滤波网络第二端J；
第二电阻10.3，其第二端连接第三电阻10.5第二端，其第二端作为该滤波网络第三端K；
第四电容10.4，其第一端连接第三电感10.2第二端，其第二端连接第三电阻10.5第一端；
第三电阻10.5，其第二端连接第二电阻10.3第二端。
可选择的，进一步改进所述的无线充电系统副边电源电路，正常工作时，第一驱动模块4驱动闭合第二开关器件9.2和第四开关器件9.4，驱动断开第一开关器件9.1和第三开关器件9.3。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有上述任意一项所述无线充电系统副边电源电路的无线充电系统，包括：
第二驱动模块15，其根据第二通信模块16指令驱动关断第二功率转换组件12各MOS；第二通信模块16，其用于接收第一通信模块5发送下电请求。
需要说明的是，本发明无线充电系统原边电源电路结构并不影响本发明整体技术方案的实施，现有技术中任意一种无线充电系统原边电源电路结构只要其能提供驱动电路，其第二功率转换组件各MOS能被第二驱动模块控制就能解决本发明要解决的技术问题。本发明在谐振网络的主回路电感上增加自感元件，形成耦合电路，通过整流电路1输出8V直流电源(辅助电源)至开关元件(二极管)，开关元件和驱动电源(12V蓄电池)并联，当驱动电源正常连接时，由于开关元件负极电压高于正极，所以此时开关元件处于截至状态，低压部分由驱动电源正常供电。当驱动电源馈电或异常断开后，整流电路输出8V直流电源通过开关元件为驱动模块和通讯模块供电。当动力电池与副边输出断开时，驱动模块由8V直流电源可正常驱动闭合MOS管9.2与9.4、断开MOS管9.1与9.3，使连接端E、连接端F处为等电位，副边不在输出能量，避免电容过度充电造成输出测电压偏高损坏Mos管。通讯模块检测到供电电压为8V时，默认无法继续充电，向原边发送下电请求，并记录故障为蓄电池异常故障，原边通讯模块收到下电请求后发送下电指令到原边驱动模块关断原边所有进入停机状态。
在发生整车动力电池突然与副边输出侧断开，同时驱动电源馈电或异常断开无法给驱动模块供电工况时，本发明可由辅助电源提供驱动电压临时作为驱动电源(12V蓄电池)的辅助为驱动模块供电，保证驱动模块及时控制整流MOS管，防止输出侧电压过高引起整流MOS管损坏，同时驱动电压输出线路设有防反二极管可以防止蓄电池电流倒流导致内部器件损坏。当低压系统检测驱动电压为8V时，判断为低压蓄电池故障，通过通信模块请求原边停止输出，并存储故障码方便后续故障排查，能提高无线充电系统的稳定性和安全性。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明第一实施例结构示意图。
图2是本发明第三实施例结构示意图。
图3是本发明第四实施例结构示意图。
图4是本发明第五实施例结构示意图。
图5是本发明第六实施例结构示意图。
图6是本发明第七实施例结构示意图。
图7是本发明第八实施例结构示意图。
附图标记说明
辅助电源1
整流电路2
开关元件3
第一驱动模块4
第一通信模块5
驱动电源6
谐振网络7
第一电感7.1
第一电容7.2
第二电感7.3
第一电阻7.4
第二电容7.5
副边线圈8
第一功率转换组件9
第一开关器件9.1
第二开关器件9.2
第三开关器件9.3
第四开关器件9.4
滤波网络10
第三电容10.1
第三电感10.2
第二电阻10.3
第四电容10.4
第三电阻10.5
副边高压电池11
第二谐振网络12
第二功率转换组件13
第二滤波网络14
第二驱动模块15
第二通信模块16
谐振网络第一端A
谐振网络第二端B
谐振网络第三端C
谐振网络第四端D
功率转换组件第一端E
功率转换组件第二端F
功率转换组件第三端G
功率转换组件第四端H
滤波网络第一端I
滤波网络第二端J
滤波网络第三端K。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例；
参考图1结合图2所示，本发明提供的无线充电系统副边电源电路控制单元，包括：辅助电源1，其自无线充电副边设备电源电路获取驱动电压，所述驱动电压经过整流电路2输出至开关元件3；
开关元件3，其与驱动电源6并联，并分别连接第一驱动模块4和第一通信模块5；第一驱动模块4，其用于驱动第一功率转换组件9各MOS；
第一通信模块5，其用于向无线充电系统原边电源电路的第二通讯模块11发送下电请求；
其中，驱动电源6正常工作时，开关元件3截止，第一驱动模块4和第一通信模块5由驱动电源6供电；驱动电源6馈电或异常断开时，开关元件3导通，第一驱动模块4和第一通信模块5由辅助电源1供电。
第二实施例；
继续参考图1结合图2所示，本发明提供的无线充电系统副边电源电路控制单元，包括：
辅助电源1，其自无线充电副边设备电源电路获取驱动电压，所述驱动电压经过整流电路2形成辅助驱动电源输出至开关元件3；所述辅助电源1是自感元件，其与无线充电副边设备电源电路的谐振网络7形成耦合电路获得驱动电压；例如，自感元件1是电感，所述开关元件3是二极管；
开关元件3，其与驱动电源6并联，并分别连接第一驱动模块4和第一通信模块5；第一驱动模块4，其用于驱动第一功率转换组件9各MOS；
第一通信模块5，其用于向无线充电系统原边电源电路的第二通讯模块11发送下电请求，并记录动力电池异常故障；
其中，驱动电源6正常工作时，开关元件3截止，第一驱动模块4和第一通信模块5由驱动电源6供电；驱动电源6馈电或异常断开时，开关元件3导通，第一驱动模块4和第一通信模块5由辅助电源1供电。
第三实施例；
参考图2所示，本发明提供一种具有上述第一实施例或第二实施例所述无线充电系统副边电源电路控制单元的无线充电系统副边电源电路，还包括：
谐振网络7,其连接在副边线圈8和第一功率转换组件9之间；
滤波网络10，其连接在第一功率转换组件9和副边高压电池11之间。
第四实施例；
本发明提供一种能用于上述第三实施例的谐振网络7的可行实施例，该谐振网络7仅为示例性最简实施例，本领域技术人员在遵守本发明电路原理的情况下，可以通过增加或改变电气元件提供其他电路结构来实现本发明的谐振网络；参考图3所示，所述谐振网络7包括：
第一电感7.1，其第一端作为该谐振网络7第一端A连接副边线圈8一端，其第二端连接第一电容7.2第一端；
第二电感7.3，其第一端连接第一电容7.2第二端，其第二端作为该谐振网络7第二端B连接第一功率转换组件9；
第一电阻7.4，其第一端作为该谐振网络7第三端C连接副边线圈8另一端，其第二端作为该谐振网络7第四端D连接第一功率转换组件9；
第二电容7.5，其第一端连接在第一电容7.2和第二电感7.3之间，其第二端连接第一电阻7.4第二端；
其中，第二电感7.3与辅助电源1耦合形成驱动电压。
如前所述，无线充电副边设备电源电路的谐振网络存在各种形式，本发明第四实施例不应理解为对于本发明谐振网络7的限制。本发明的自感元件只要与谐振网络中任意一个电感形成耦合即可获得驱动电压。结合图6，自感元件1即可以和第一电感7.1耦合，也可以和第二电感7.3耦合形成辅助电源。
第五实施例；
本发明提供一种能用于上述第三实施例的第一功率转换组件9的可行实施例，该第一功率转换组件9仅为示例性最简实施例，本领域技术人员在遵守本发明电路原理的情况下，可以通过增加或改变电气元件提供其他电路结构来实现本发明的第一功率转换组件；参考图4所示，所述第一功率转换组件9包括：
第一开关器件9.1，其第一端与第二开关器件9.2串联；
第三开关器件9.3，其第一端与第四开关器件9.4串联；
其中，第一开关器件和第二开关器件之间形成该功率转换组件的第一端E，第三开关器件和第四开关器件之间形成该功率转换组件的第二端F，第一开关器件第一端和第三开关器件第一端相连形成该功率转换组件的第三端G，第二开关器件第二端和第四开关器件第二端相连形成该功率转换组件的第四端H；
其中，第一开关器件9.1～第四开关器件9.4选择NMOS，其第一端是漏极，第二端是源极；正常工作时，第一驱动模块4驱动闭合第二开关器件9.2和第四开关器件9.4，驱动断开第一开关器件9.1和第三开关器件9.3。
第六实施例；
本发明提供一种能用于上述第三实施例的滤波网络10的可行实施例，该滤波网络10仅为示例性最简实施例，本领域技术人员在遵守本发明电路原理的情况下，可以通过增加或改变电气元件提供其他电路结构来实现本发明的第一功率转换组件；参考图5所示，所述滤波网络10包括：
第三电容10.1,其第一端连接第三电感10.2第一端，其第二端连接第二电阻10.3第一端，其第一端作为该滤波网络第一端I；
第三电感10.2，其第二端作为该滤波网络第二端J；
第二电阻10.3，其第二端连接第三电阻10.5第二端，其第二端作为该滤波网络第三端K；
第四电容10.4，其第一端连接第三电感10.2第二端，其第二端连接第三电阻10.5第一端；
第三电阻10.5，其第二端连接第二电阻10.3第二端。
第七实施例；
参考图3结合图6所示，本发明提供一种由上述第三～第五实施例共同组成的无线充电系统副边电源电路。
第八实施例；
参考图7所示，本发明提供一种具有上述任意一项所述无线充电系统副边电源电路的无线充电系统，该实施例中原边电源电路的第二谐振网络12示例性的选择采用上述第四实施例的结构，第二功率转换组件13示例性的选择采用上述第五实施例的结构，不再赘述，其第二滤波网络14选择一RC电路，包括：
第二驱动模块15，其根据第二通信模块16指令驱动关断第二功率转换组件13各MOS；第二通信模块16，其用于接收第一通信模块5发送下电请求。
第一通信模块5和第二通信模块16之间可选现有的无线通信技术，例如4G、5G、WIFI或蓝牙等。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线充电系统副边电源电路控制单元，其特征在于，包括：
辅助电源(1)，其自无线充电副边设备电源电路获取驱动电压，所述驱动电压经过整流电路(2)输出至开关元件(3)；
开关元件(3)，其与驱动电源(6)并联，并分别连接第一驱动模块(4)和第一通信模块(5)；
第一驱动模块(4)，其用于驱动第一功率转换组件(9)各MOS；
第一通信模块(5)，其用于向无线充电系统原边电源电路的第二通讯模块(11)发送下电请求；
其中，驱动电源(6)正常工作时，开关元件(3)截止，第一驱动模块(4)和第一通信模块(5)由驱动电源(6)供电；驱动电源(6)馈电或异常断开时，开关元件(3)导通，第一驱动模块(4)和第一通信模块(5)由辅助电源(1)供电。
2.如权利要求1所述的无线充电副边电源控制电路，其特征在于：所述辅助电源(1)是自感元件，其与无线充电副边设备电源电路的谐振网络(7)形成耦合电路获得驱动电压。
3.如权利要求2所述的无线充电副边电源控制电路，其特征在于：所述自感元件(1)是电感，所述开关元件(3)是二极管。
4.如权利要求1所述的无线充电副边电源控制电路，其特征在于：所述第一通信模块(5)向还记录动力电池异常故障。
5.一种具有权利要求1所述无线充电系统副边电源电路控制单元的无线充电系统副边电源电路，其特征在于，还包括：
谐振网络(7),其连接在副边线圈(8)和第一功率转换组件(9)之间；
滤波网络(10)，其连接在第一功率转换组件(9)和副边高压电池(11)之间。
6.如权利要求5所述的无线充电系统副边电源电路，其特征在于，所述谐振网络(7)包括：
第一电感(7.1)，其第一端作为该谐振网络(7)第一端(A)连接副边线圈(8)一端，其第二端连接第一电容(7.2)第一端；
第二电感(7.3)，其第一端连接第一电容(7.2)第二端，其第二端作为该谐振网络(7)第二端(B)连接第一功率转换组件(9)；
第一电阻(7.4)，其第一端作为该谐振网络(7)第三端(C)连接副边线圈(8)另一端，其第二端作为该谐振网络(7)第四端(D)连接第一功率转换组件(9)；
第二电容(7.5)，其第一端连接在第一电容(7.2)和第二电感(7.3)之间，其第二端连接第一电阻(7.4)第二端。
7.如权利要求5所述的无线充电系统副边电源电路，其特征在于，所述第一功率转换组件(9)包括：
第一开关器件(9.1)，其第一端与第二开关器件(9.2)串联；
第三开关器件(9.3)，其第一端与第四开关器件(9.4)串联；
其中，第一开关器件和第二开关器件之间形成该功率转换组件的第一端(E)，第三开关器件和第四开关器件之间形成该功率转换组件的第二端(F)，第一开关器件第一端和第三开关器件第一端相连形成该功率转换组件的第三端(G)，第二开关器件第二端和第四开关器件第二端相连形成该功率转换组件的第四端(H)。
8.如权利要求5所述的无线充电系统副边电源电路，其特征在于，所述滤波网络(10)包括：
第三电容(10.1),其第一端连接第三电感(10.2)第一端，其第二端连接第二电阻(10.3)第一端，其第一端作为该滤波网络第一端(I)；
第三电感(10.2)，其第二端作为该滤波网络第二端(J)；
第二电阻(10.3)，其第二端连接第三电阻(10.5)第二端，其第二端作为该滤波网络第三端(K)；
第四电容(10.4)，其第一端连接第三电感(10.2)第二端，其第二端连接第三电阻(10.5)第一端；
第三电阻(10.5)，其第二端连接第二电阻(10.3)第二端。
9.如权利要求5所述的无线充电系统副边电源电路，其特征在于：
正常工作时，第一驱动模块(4)驱动闭合第二开关器件(9.2)和第四开关器件(9.4)，驱动断开第一开关器件(9.1)和第三开关器件(9.3)。
10.一种具有权利要求5-9任意一项所述无线充电系统副边电源电路的无线充电系统，其特征在于，包括：
第二驱动模块(15)，其根据第二通信模块(16)指令驱动关断第二功率转换组件(12)各MOS；
第二通信模块(16)，其用于接收第一通信模块(5)发送下电请求。
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