CN114701373B - 无线充电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无线充电控制方法，包括:获取电参数，根据电参数，在每个控制周期内，依次控制第二MOS管和第一MOS管启动；电参数至少包括同周期内的以下三组：发射线圈的电流过零相位的时间t0；第一MOS管源漏极的电压过零相位的时间t1，以t1和t0之间的时间差为第一时差；第二MOS管源漏极的电压过零相位的时间t2，以t2和t0之间的时间差为第二时差；控制第二MOS管超前于t0启动，超前的时间不大于第二时差；控制第一MOS管超前于t0启动，超前的时间不大于第一时差。上述控制简单、可靠、灵活性高，实现ZVS，且可以将MOS管的损耗降到最低，提升系统效率，降低发热，能缩小体积和降低成本。

Description

无线充电控制方法
技术领域
本发明涉及无线充电领域，尤其涉及无线充电控制方法。
背景技术
在电动汽车的无线供电系统中，尤其是在车端进行同步整流功率控制的系统中，相位检测装置十分重要。
现阶段的相位检测基本是通过检测整流电路的输入电流相位来进行控制，该检测方式的缺点是该电流为非标准正弦波，有高次谐波的叠加，因此该电流存在波形畸变和高频振荡，导致其检测极其困难，增加了检测和控制难度。
同时目前使用的同步整流控制方法中，驱动的控制相位十分重要，没有合理的相位控制会导致功率降低，同时增加开关管的损耗，效率降低，尤其现在接收侧主要装设在车端，在满足同等输出功率的情况下，其损耗尽量小和体积尽量轻是至关重要的环节。
发明内容
本发明提供一种无线充电控制方法，能够提高整个系统的传输效率。
无线充电控制方法，包括:获取电参数，并根据所述电参数，在每个控制周期内，依次控制第二MOS管和第一MOS管启动；所述电参数至少包括同周期内的以下三组：发射线圈的电流过零相位的时间t0；第一MOS管源漏极的电压过零相位的时间t1，以t1和t0之间的时间差为第一时差；第二MOS管源漏极的电压过零相位的时间t2，以t2和t0之间的时间差为第二时差；控制所述第二MOS管超前于t0启动，且超前的时间不大于第二时差；控制所述第一MOS管超前于t0启动，且超前的时间不大于第一时差。
优选的，发射线圈的电流从负到正的过程中，过零相位的时间t0；第一MOS管源漏极的电压从正到负的过程中，过零相位的时间t1，以t1和t0之间的时间差为第一时差；第二MOS管源漏极的电压从正到负的过程中，过零相位的时间t2，以t2和t0之间的时间差为第二时差。
优选的，所述第一MOS管比第二MOS管晚启动半个周期。
优选的，通过检测线圈与所述发射线圈耦合，在所述检测线圈上形成检测电流，且所述检测电流与所述发射线圈的电流波形相同，以获取t0。
通过相位检测，这种控制简单、可靠、灵活性高，实现ZVS，且可以将MOS管的损耗降到最低，显著提升系统效率，降低发热，为缩小体积和降低成本提供了有利条件。
附图说明
图1为本发明无线充电控制方法对应的系统框图；
图2为本发明无线充电控制方法对应的系统拓扑图；
图3为本发明无线充电控制方法对应检测线圈和接收线圈的位置关系图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提供一种无线充电控制方法，该方法可以分为两大部分，第一部分是获取电参数，第二部分是控制整流单元的工作。
为了方便对上述方法的理解，先参照图1和图2对无线充电系统进行说明。
无线充电系统分为发射端、接收端和相位控制模组。发射端一般安装在地面，也称地面端，接收端和相位控制模组一般安装在车辆上，也称车载端。
如图1和图2所示，发射端包括电源，可以是直流电源，也可是交流电源。图1示出的交流电源UAC，图2示出的直流电源UDC。发射端还包括发射线圈L1，以及其他必要结构，例如图2所示的，逆变电路、发射补偿网络等。以上发射端仅是一种举例，并不限制本申请系统或控制方法，只能采用该方式。
接收端包括接收线圈L2、补偿网络11、整流单元12、滤波电路13和负载14。补偿网络11在图2中采用了LCC形式，包括第一补偿电容C1、第二补偿电容C2和补偿电感L4。整流单元12可以采用同步整流或半同步整流电路。图2示例是半同步整流电路，具有第一二极管D1和第二二极管D2，还包括第一MOS管S1以及第二MOS管S2。滤波电路13可以是常用的C型、LC型和π型等，图2中示例出了第一滤波电容C01和第二滤波电容C02，还有滤波电感L01。
相位控制模组具有依次连接的：检测线圈L3、相位处理电路21、处理控制单元22和驱动单元23。这里相位处理电路21、处理控制单元22和驱动单元23他们可以全部或部分集成在一起的，也可以是分别独立的。
检测线圈L3与接收线圈L2设置在一侧，一般都是在车载端，例如可以安装在车辆底盘。这二者之间的耦合系数为零，在工作时，他们分别与发射线圈L1耦合。图中以M13示出了检测线圈L3和发射线圈L1的耦合关系，以M12示出了接收线圈L2和发射线圈L1的耦合关系。
检测线圈L3与发射线圈L1耦合，能够形成检测电流，该检测电流与流经发射线圈L1的电流I1相比，它们具有相同波形，或者说他们各自的电流过零相位的时间t0是相同的，即同二者电流同时相位为零。
接收线圈L2也和发射线圈L1耦合，形成的电流依次经过补偿网络11、整流单元12、滤波电路13最后给负载14供电。负载14一般是指电池。
驱动单元23连接接收端的整流单元12中的第一MOS管S1以及第二MOS管S2（两者可统称为MOS管），分别对他们启动。启动时机都是超期于流经发射线圈L1的电流I1的过零相位的时间t0。也就是电流I1还未到零相位时，启动这个两个MOS管。当然，二者启动时，是先启动第二MOS管S2后启动第一MOS管S1。
下面说明具体超前t0多久启动。这时就需要采集第一MOS管S1源漏极的电压过零相位的时间t1和二MOS管S2源漏极的电压过零相位的时间t2。
以t1和t0之间的时间差为第一时差；以t2和t0之间的时间差为第二时差。控制所述第二MOS管S2超前于t0启动，且超前的时间不大于第二时差；控制所述第一MOS管S1超前于t0启动，且超前的时间不大于第一时差。
也就是说第二MOS管S2启动时间早于t0但是晚于第二时差，第一MOS管S2启动时间早于t0但是晚于第一时差，且也晚于第二MOS管S2的启动时间。优选的，第一MOS管S1比第二MOS管S2晚启动半个周期。
上文提到发射线圈L1的电流过零相位、第一MOS管S1源漏极的电压过零相位、第二MOS管S2源漏极的电压过零相位，是指同一周期内的数据。在该周期中，优选的采用发射线圈L1的电流从负到正的过程中过零相位的时间t0，而两个MOS管则是电压从正到负的过程中的零相位时间。
上文多处涉及到“周期”，包括MOS的电压周期、发射线圈的电流周期、第一MOS管S1比第二MOS管S2启动相差的周期，这些周期的值应该是相同的。
两个MOS管的开通时差相差半个周期T，也可以说他们的源漏极的电压相位相差半个周期。对于半同步整流器来说，两个MOS管的占空比始终是0.5。
对于输出电流特性为电流源的无线电能传输系统来说，控制输出功率，则MOS管的占空比变化范围为0.5-1，对称控制则两个MOS管的占空比大小一致，从而实现功率控制输出；不对称控制则两个MOS管的占空比不一致，可以分开调节，不对称控制的好处是控制输出功率的斜率变化相比对称控制较平滑。
本申请上述控制方法，总结来说，就是让两个MOS管启动的时间比发射线圈L1的电流的过零相位超前一定时间。该超前的时间在上述第一时差和第二时差范围内。MOS管启动时，流经MOS管的电流以及MOS管源漏极电压都处于较小（或零）的状态，当MOS管的源漏极电压刚好降为零时，此时MOS管再开通就能实现零电压开通（Zero Voltage Switch, ZVS）,能够将MOS管损耗降低，显著提高系统效率。
该控制方法能够适用车端同步、半同步整流控制，功率上管子 对称控制和不对称控制等，都是MOS管实现ZVS的控制策略，能够满足以最低的MOS管损耗完成最优的效率输出。
目前常用的相位检测电路和控制策略，直接检测接收端电信号，如检测补偿网络11输出的电流（也是整流器12的输入电流，可称为整流输入电流），但由于接收端整体电路布局的影响，该电流波形不是标准正弦波，其有较大的震荡，加大了检测难度和精度，对于后续控制带来了不良影响。
而本申请具有独立的相位控制模组，通过检测线圈L3和发射线圈L1的耦合，解决了现有技术中的问题。实现相位的精确检测和灵敏检验，与整流输入电流相比，又能够消除该电流的振荡干扰和谐波干扰，同时减少了相位检测处理电路的复杂性。
检测线圈L3与接收线圈L2之间的位置和耦合关系可描述为“非同轴零耦合”。该检测线圈L3仅通过布局就能够在无线供电系统的任何工况下与接收线圈L2零耦合，避免干扰。
具体的，参见图3，以接收线圈L2的中心为起点，从起点到所述接收线圈L2的内径为第一距离d1，从所述起点到所述接收线圈L2的外径为第二距离d2。
检测线圈L3设置在接收线圈L2朝向发射线圈L1的一侧，并且检测线圈L3的中心与接收线圈L2中心的距离d，大于第一距离d1且小于第二距离d2。
更进一步，检测线圈L3设置在所述接收线圈L2朝向所述发射线圈L1的一侧，相比于所述接收线圈L2内径，所述检测线圈L3的中心更靠近所述接收线圈L2外径。简单理解，检测线圈L3的直径小于接收线圈L2的半径，检测线圈L3整体位于接收线圈L2一侧更“靠外”的部分。
基于上述方法，相位检测的驱动超前控制简单、可靠、灵活性高，实现ZVS，且可以将MOS管的损耗降到最低，显著提升系统效率，降低发热，为缩小体积和降低成本提供了有利条件。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无线充电控制方法，其特征在于，包括:
获取电参数，并根据所述电参数，在每个控制周期内，依次控制第二MOS管（S2）和第一MOS管（S1）启动；
所述电参数至少包括同周期内的以下三组：
发射线圈（L1）的电流过零相位的时间t0；
第一MOS管（S1）源漏极的电压过零相位的时间t1，以t1和t0之间的时间差为第一时差；
第二MOS管（S2）源漏极的电压过零相位的时间t2，以t2和t0之间的时间差为第二时差；
控制所述第二MOS管（S2）超前于t0启动，且超前的时间不大于第二时差；
控制所述第一MOS管（S1）超前于t0启动，且超前的时间不大于第一时差；
其中，第一MOS管（S1）和第二MOS管（S2）设置在接收端的整流单元（12）中，所述第一MOS管（S1）与第一二极管（D1）连接，所述第二MOS管（S2）与第二二极管（D2）连接，接收线圈（L2）的一端连接在所述第二MOS管（S2）和所述第二二极管（D2）之间。
2.根据权利要求1所述的无线充电控制方法，其特征在于，
发射线圈（L1）的电流从负到正的过程中，过零相位的时间t0；
第一MOS管（S1）源漏极的电压从正到负的过程中，过零相位的时间t1，以t1和t0之间的时间差为第一时差；
第二MOS管（S2）源漏极的电压从正到负的过程中，过零相位的时间t2，以t2和t0之间的时间差为第二时差。
3.根据权利要求1所述的无线充电控制方法，其特征在于，
所述第一MOS管（S1）比第二MOS管（S2）晚启动半个周期。
4.根据权利要求1所述的无线充电控制方法，其特征在于，
通过检测线圈（L3）与所述发射线圈（L1）耦合，在所述检测线圈（L3）上形成检测电流，且所述检测电流与所述发射线圈（L1）的电流波形相同，以获取t0。
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