CN114785176A - 一种双谐振无线充电电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种双谐振无线充电电路及其控制方法，包括主电路和控制电路，其中主电路包括耦合连接的发射端主电路和接收端主电路，发射端主电路包括顺序连接的低压直流电源、高频逆变电路以及初次侧谐振电路，接收端主电路包括顺序连接的二次侧双谐振电路、两个半桥整流电路以及两个电池接口；控制电路包括数字信号处理器和与其连接的PWM驱动电路、电流采样电路，电流采样电路连接在初次侧双谐振电路以及二次侧双谐振电路上，本电路及控制方法可用于无线充电中，根据二次侧双谐振电路中两负载接入状态检测来适时的进入工作状态，避免过大的电流，提高电路的安全性能，避免过多的能量损耗，本发明可用于无线充电中。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电领域，具体涉及一种双谐振无线充电电路及其控制方法。
背景技术
传统的充电方式需要有线连接，在使用的便捷性、安全性、舒适度方面都受到很大的束缚。无线充电以便捷、自由、安全的特性能满足大众的深度要求，并且继无线通信、无线网络后，无线充电成为科技发展的必然趋势，电能随时随地自由使用的是电能发展的必然趋势。但无线充电能量的损耗较大，传输效率不高，易造成电能的浪费，所以无线充电技术仍面临着电能转换效率较低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双谐振无线充电电路及其控制方法，提高电路工作的安全性和能量的传输效率。
一种双谐振无线充电电路，包括主电路和控制电路；
所述主电路包括耦合连接的发射端主电路和接收端主电路；
发射端主电路包括顺序连接的低压直流电源、高频逆变电路以及初次侧谐振电路；接收端主电路包括两个二次侧双谐振电路、对应分别依次连接的两个半桥整流电路以及两个充电接口；
所述控制电路包括数字信号控制器以及分别与其连接的PWM驱动电路、电流采样电路，电流采样电路连接在初次侧双谐振电路以及二次侧双谐振电路上，PWM驱动电路与高频逆变电路连接。
进一步地，初次侧双谐振电路包括串联的第一电容C1、第一电感L1以及串联的第三电容C3、第三电感L3，两个二次侧双谐振电路分别包括串联的第二电容C2、第二电感L2以及串联的第四电容C4、第四电感L4，其中第一电感L1和第二电感L2为一对耦合电感，第三电感L3和第四电感L4为一对耦合电感。
进一步地，两个半桥整流电路中，第一半桥整流电路包括串联的第一二极管VD1和第二二极管VD2，第二半桥整流电路包括串联的第三二极管VD3和第四二极管VD4。
进一步地，二次侧双谐振电路的两端分别连接在半桥整流电路的两个二极管的阳极。
进一步地，第一半桥整流电路中，第一二极管VD1的阴极与第五电容C5的一端连接交于G点，第二二极管VD2的阴极与第一二极管VD1的阳极相连，第二二极管VD2的阳极与第五电容C5的另一端连接交于H点；第二半桥整流电路中，第三二极管VD3的阴极与第六电容C6的一端连接交于K点，第四二极管VD4的阴极与第三二极管VD3的阳极相连，第四二极管VD4的阳极与第六电容C6的另一端连接交于L点。
进一步地，第一半桥整流电路的G点和H点以及第二半桥整流电路的K点和L点分别作为第一充电接口和第二充电接口，连接对应的第一负载R1和第二负载R2。
进一步地，高频逆变电路包括两个功率MOS开关管，发射端数字信号控制器通过PWM驱动电路控制所述两个功率MOS开关管的动作。
进一步地，数字信号控制器由dsPIC33FJ64GS606芯片及其外围电路组成。
一种双谐振无线充电电路的控制方法，通过检测二次侧双谐振电路中第二电感L2和第四电感L4处电流变化判定第一负载R1和第二负载R2是否处于接入状态；
具体的，若发射端检测到第二电感L2和第四电感L4处电流存在波动，即第一负载R1和第二负载R2都处于接入状态后，发射端数字信号处理器发出充电指令，电路进入工作状态，通过PWM驱动电路控制高频逆变电路输出交流电，此时，PWM1占空比为50％，PWM2占空比为50％，经过半桥整流电路以及功率匹配变换电路后，对负载进行充电；
若发射端检测到第二电感L2处电流无波动，第四电感L4处电流存在波动，即第一负载R1处于为未接入状态，第二负载R2处于接入状态后，发射端数字信号处理器发出PWM控制指令，此时选择对应于第二负载R2的电感回路为主谐振回路，PWM1占空比为50％，PWM2占空比为20％；
若发射端检测到第二电感L2处电流存在波动，第四电感L4处电流无波动，即第一负载R1处于为接入状态，第二负载R2处于未接入状态后，发射端数字信号处理器发出PWM控制指令，此时选择对应于第一负载R1的电感回路为主谐振回路，PWM1占空比为20％，PWM2占空比为50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：根据二次侧双谐振电路中两负载接入状态检测来适时的进入工作状态，避免过大的电流，提高电路的安全性能，避免过多的能量损耗，本发明可用于无线充电中。
附图说明
图1为本发明实施例中双谐振无线充电电路的主电路原理图。
图2为本发明实施例中双谐振无线充电电路的控制电路原理图。
图3为本发明实施例中双谐振无线充电电路的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
一种双谐振无线充电电路，参考图1和图2，包括主电路和控制电路；主电路包括耦合连接的发射端主电路和接收端主电路；发射端主电路包括顺序连接的低压直流电源、高频逆变电路以及初次侧谐振电路；接收端主电路包括两个二次侧双谐振电路、对应分别依次连接的两个半桥整流电路以及两个充电接口；控制电路包括数字信号控制器以及分别与其连接的PWM驱动电路、电流采样电路，电流采样电路连接在初次侧双谐振电路以及二次侧双谐振电路上，PWM驱动电路与高频逆变电路连接。
参考图1，高频逆变电路包括第一功率MOS开关管S1、第二功率MOS开关管S2；第一功率MOS开关管S1的漏极与低压直流电源的正极A相连，第一功率MOS开关管的源极与第二功率MOS开关管S2的漏极相连，第二功率MOS开关管S2的源极与低压直流电源负极B连接；高频逆变电路对端子AB间电压进行逆变，产生高频交流电，高频交流电经过初次侧双谐振电路，初次侧双谐振电路包括串联连接的第一电容C1和初次侧耦合电感L1以及串联连接的第三电容C3和初次侧耦合电感L3，两谐振电路交于D点共同接入半桥C点组成双谐振电路。
电池通过二次侧耦合电感L2、第二电容C2以及二次侧耦合电感L4、第四电容C4接受电路传输回来的电能，经过半桥整流电路后给车载电池供电(本装置二次侧集成后留有连接负载接口，可根据实际使用情况更换电池负载类型，实现无线充电的方式体现在使用了耦合连接，一次侧和二次侧不需要有线连接)。第一半桥整流电路包括第一二极管VD1、第二二极管VD2，第二半桥整流电路包括第三二极管VD3、第四二极管VD4。两个二极管半桥整流电路分别对二次侧谐振电路的电压进行整流；第五电容和第六电容为稳压电容，整流后的脉动直流电经过稳压电容变为稳定的直流电接入负载。
本电路的工作状态分为两种，分为检测状态和工作状态，当电路处于初始状态时，在发射端PWM驱动电路输出的每个PWM波的中点对二次侧双电感(即第二电感L2和第四电感L4)的电流进行采样，通过和前一次的采样值相比较来判断两电感的接入状态，由于有负载接入时，二次侧电感线圈内电流会产生波动，因此若电流采样值与前一次采样值相比有波动，则证明此负载接入，若无波动，则证明负载未接入，此时根据判断两个负载的接入状态来选择对应的工作状态。
工作状态1：若发射端检测到第二电感L2和第四电感L4处电流存在波动，即第一负载R1和第二负载R2都处于接入状态后，发射端数字信号处理器发出充电指令，电路进入工作状态，通过PWM驱动电路控制高频逆变电路输出交流电，此时，PWM1占空比为50％，PWM2占空比为50％，经过半桥整流电路后，对负载进行充电。
工作状态2：若发射端检测到二电感L2处电流无波动，第四电感L4处电流存在波动，第即第一负载R1处于未接入状态，第二负载R2处于接入状态后，发射端数字信号处理器发出PWM控制指令，此时选择第三电感回路为主谐振回路，PWM1占空比为50％，PWM2占空比为20％。
工作状态3：若发射端检测到第二电感L2处电流存在波动，第四电感L4处电流无波动，即第一负载R1处于为接入状态，第二负载R2处于未接入状态后，发射端数字信号处理器发出PWM控制指令，此时选择第一电感回路为主谐振回路，PWM1占空比为20％，PWM2占空比为50％。
待机状态：若发射端检测到第二电感L2和第四电感L4处电流均不存在波动，即第一负载R1和第二负载R2都处于未接入状态后，发射端数字信号处理器发出PWM控制指令，电路进入待机状态，此时，PWM1占空比为20％，PWM2占空比为20％。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (9)
1.一种双谐振无线充电电路，其特征在于：所述无线充电电路包括主电路和控制电路；
所述主电路包括耦合连接的发射端主电路和接收端主电路；
发射端主电路包括顺序连接的低压直流电源、高频逆变电路以及初次侧谐振电路；接收端主电路包括两个二次侧双谐振电路、对应分别依次连接的两个半桥整流电路以及两个充电接口；
所述控制电路包括数字信号控制器以及分别与其连接的PWM驱动电路、电流采样电路，电流采样电路连接在初次侧双谐振电路以及二次侧双谐振电路上，PWM驱动电路与高频逆变电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种双谐振无线充电电路，其特征在于：初次侧双谐振电路包括串联的第一电容C1、第一电感L1以及串联的第三电容C3、第三电感L3，两个二次侧双谐振电路分别包括串联的第二电容C2、第二电感L2以及串联的第四电容C4、第四电感L4，其中第一电感L1和第二电感L2为一对耦合电感，第三电感L3和第四电感L4为一对耦合电感。
3.根据权利要求1所述的一种双谐振无线充电电路，其特征在于：两个半桥整流电路中，第一半桥整流电路包括串联的第一二极管VD1和第二二极管VD2，第二半桥整流电路包括串联的第三二极管VD3和第四二极管VD4。
4.根据权利要求3所述的一种双谐振无线充电电路，其特征在于：二次侧双谐振电路的两端分别连接在半桥整流电路的两个二极管的阳极。
5.根据权利要求3所述的一种双谐振无线充电电路，其特征在于：第一半桥整流电路中，第一二极管VD1的阴极与第五电容C5的一端连接交于G点，第二二极管VD2的阴极与第一二极管VD1的阳极相连，第二二极管VD2的阳极与第五电容C5的另一端连接交于H点；第二半桥整流电路中，第三二极管VD3的阴极与第六电容C6的一端连接交于K点，第四二极管VD4的阴极与第三二极管VD3的阳极相连，第四二极管VD4的阳极与第六电容C6的另一端连接交于L点。
6.根据权利要求5所述的一种双谐振无线充电电路，其特征在于：第一半桥整流电路的G点和H点以及第二半桥整流电路的K点和L点分别作为第一充电接口和第二充电接口，连接对应的第一负载R1和第二负载R2。
7.根据权利要求1所述的一种双谐振无线充电电路，其特征在于：高频逆变电路包括两个功率MOS开关管，发射端数字信号控制器通过PWM驱动电路控制所述两个功率MOS开关管的动作。
8.根据权利要求1所述的一种双谐振无线充电电路，其特征在于：数字信号控制器由dsPIC33FJ64GS606芯片及其外围电路组成。
9.一种应用于如权利要求1-8中任一项所述的双谐振无线充电电路的控制方法，其特征在于：
所述方法中，通过检测二次侧双谐振电路中第二电感L2和第四电感L4处电流变化判定第一负载R1和第二负载R2是否处于接入状态；
具体的，若发射端检测到第二电感L2和第四电感L4处电流存在波动，即第一负载R1和第二负载R2都处于接入状态后，发射端数字信号处理器发出充电指令，电路进入工作状态，通过PWM驱动电路控制高频逆变电路输出交流电，此时，PWM1占空比为50％，PWM2占空比为50％，经过半桥整流电路以及功率匹配变换电路后，对负载进行充电；
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220722 |
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