CN114899954A - 双线圈独立驱动型无线充电装置及其控制方法 - Google Patents

双线圈独立驱动型无线充电装置及其控制方法 Download PDF

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CN114899954A CN202210704974.2A CN202210704974A CN114899954A CN 114899954 A CN114899954 A CN 114899954A CN 202210704974 A CN202210704974 A CN 202210704974A CN 114899954 A CN114899954 A CN 114899954A
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Abstract

本发明提供了一种双线圈独立驱动型无线充电装置及其控制方法，包括发射电路、接收电路、控制电路以及负载R；所述发射电路将直流电逆变成交流电，并产生交变磁场；所述接收电路在交变磁场中感应出电压，并整流成直流电供给负载R使用；所述控制电路采集负载R的电流和电压信号，并将电流和电压信号进行处理，通过处理后的电流和电压信号对发射电路进行驱动。本发明能够解决现有单个无线电能传输逆变拓扑不能独立驱动两个线圈的问题，提高了控制自由度和功率等级；且给出的控制方法和参数设计使该拓扑不仅在负载变化时而且线圈发生移位时均可以保持恒定的电流给电池充电。

Description

双线圈独立驱动型无线充电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电学的技术领域，具体地，涉及一种双线圈独立驱动型无线充电装置及其控制方法。尤其是，优选的涉及一种带下拉钳位的双线圈独立驱动型无线充电装置的控制方法。
背景技术
近年来，随着无线电能传输技术的不断发展，应用场合也逐渐增多，很多场合不再满足于一个发射单元，出现了多对单、多对多的需求。然而目前实现两个及其以上的发射单元大多采用多个逆变电路对应多个发射线圈，或者采用单个逆变电路在谐振腔内级联两个或多个发射线圈，采用切换开关进行控制。前一种方案具有结构复杂，电路所需器件较多，可靠性差的缺陷；后一种方案线圈的利用率较低，而且所有线圈均在一个谐振腔内控制独立性差，具有很大的局限性。现有的单个逆变拓扑结构，采用切换开关控制多个线圈运行，但各线圈均在同一谐振回路中，无法独立控制且线圈利用率低。或者采用多个逆变拓扑并联对多个线圈进行独立控制，这种增加了逆变器个数，增加了成本。
公开号为CN114221452A的中国发明专利文献公开了一种具有电池能量均衡功能的电动汽车无线充电装置及其控制方法，包括电源侧电路、接收电路、均衡电路。电源侧电路包括第一整流电路、LC滤波电路、逆变电路，工频电源AC连接第一整流电路，第一整流电路连接LC滤波电路，LC滤波电路连接逆变电路，逆变电路连接发射线圈L1。接收电路包括第二整流电路、可变电容、串联电池组，接收线圈L2连接第二整流电路，第二整流电路连接可变电容，可变电容连接串联电池组。均衡电路包括均衡单元、开关阵列，均衡单元连接开关阵列，开关阵列连接串联电池组。
公开号为CN114142626A的中国发明专利文献公开了一种用于动态无线充电的多接收线圈组结构及无源控制算法，无线充电系统的原边发射端线圈及小车上接收端副边线圈采用双矩形线圈，每单个线圈的由两个小的矩形项圈组成并在线圈下方铺设三条磁芯组成，原边发射端线圈铺设方式在小车经过的路径上、每隔一个线圈宽度铺设一个发射线圈；接收端副边线圈采用2个线圈或者4个线圈组成一个线圈组；采用PLECS软件通过以下对小车无源控制恒压恒流充电进行验证。上述专利采用多个切换开关的方式实现对多个线圈的控制，但是线圈利用率较低，并且所有线圈均在同一谐振回路中，相互影响较大。
公开号为CN112564309A的中国发明专利文献公开了一种基于多线圈解耦集成的紧凑型无线充电系统，包括高频逆变器电路、谐振网络以及整流器电路；高频逆变器电路，将逆变器输入侧的直流电压转为高频交流电压，用于激励谐振网络；谐振网络，受高频交流电压激励后，线圈产生高频交流电流，激发高频电磁场，使得副边线圈感应出高频电压，从而实现能量从原边传递到副边；整流器电路，将谐振网络输出的高频交流电压，经全桥整流后再经过滤波电容得到直流电压用于后级负载供电。上述专利采用两个逆变器并联进行两个发射线圈的驱动，所用器件较多。
针对上述中的相关技术，发明人认为上述内容需要多个逆变器并联结构对线圈进行驱动，针对带下拉钳位的双线圈独立驱动型无线充电装置在具体的电池充电场合，需要满足电池充电时的恒流，而线圈的偏移和负载的变化将导致实际中无法实现恒流，所以设计一种新型的适应该装置的控制方法具有研发价值。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双线圈独立驱动型无线充电装置及其控制方法。
根据本发明提供的一种双线圈独立驱动型无线充电装置，包括发射电路、接收电路、控制电路以及负载R；
所述发射电路将直流电逆变成交流电，并产生交变磁场；
所述接收电路在交变磁场中感应出电压，并整流成直流电供给负载R使用；
所述控制电路采集负载R的电流和电压信号，并将电流和电压信号进行处理，通过处理后的电流和电压信号对发射电路进行驱动。
优选的，所述发射电路包括电源Udc、第一电容C1、钳位电容Cc、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一发射线圈Lp1、第二发射线圈Lp2、第一发射线圈补偿电容Cp1、第二发射线圈补偿电容Cp2和第二电容C2；
所述电源Udc的正极分别连接第一电容C1的一端、第一发射线圈补偿电容Cp1的一端以及第一发射线圈Lp1的一端；
所述电源Udc的负极分别连接第一电容C1的另一端、第一开关管Q1的一端以及钳位电容Cc的一端；
所述第一开关管Q1的另一端分别连接第一发射线圈补偿电容Cp1的另一端、第一发射线圈Lp1的另一端、第二开关管Q2的一端，第二电容C2的一端以及第二发射线圈补偿电容Cp2的一端；
所述二发射线圈补偿电容Cp2的另一端连接第二发射线圈Lp2的一端；
所述钳位电容Cc的另一端分别连接第二开关管Q2的另一端、第二电容C2的另一端以及第二发射线圈Lp2的另一端。
优选的，所述接收电路包括第一接收线圈Ls1、第二接收线圈Ls2、第一接收线圈补偿电容Cs1、第二接收线圈补偿电容Cs2和整流电路；
所述第一接收线圈Ls1的一端分别连接第一接收线圈补偿电容Cs1的一端、第二接收线圈补偿电容Cs2的一端以及整流电路的第一连接端；
所述第一接收线圈Ls1的另一端分别连接第一接收线圈补偿电容Cs1的另一端、第二接收线圈Ls2的一端以及整流电路的第二连接端；
所述第二接收线圈补偿电容Cs2的另一端连接第二接收线圈Ls2的另一端；
所述整流电路的第三连接端连接负载R的一端；
所述整流电路的第四连接端连接负载R的另一端；
第一发射线圈Lp1和第一接收线圈Ls1之间的互感为M11；第二发射线圈Lp2和第二接收线圈Ls2之间的互感为M22；第一发射线圈Lp1和第二接收线圈Ls2之间的互感为M12，第二发射线圈Lp2和第一接收线圈Ls1之间的互感为M21，第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2之间的互感为Mp，第一接收线圈Ls1和第二接收线圈Ls2之间的互感为Ms。
优选的，所述控制电路包括发射侧控制电路和接收侧控制电路；
所述发射侧控制电路包括驱动电路、第一通信电路和第一DSP控制电路；
接收侧控制电路包括第二通信电路、采样电路和第二DSP控制电路；
所述采样电路采集负载R的电流和电压信号，传给第二DSP控制电路；
所述第二DSP控制电路对电流和电压信号处理后，通过第二通讯电路传给第一通信电路；
所述第一通信电路接到处理后的电流和电压信号传给第一DSP控制电路；
所述第一DSP控制电路根据处理后的电流和电压信号调整开关管Q1的占空比大小，将驱动第一开关管Q1的信号给驱动电路；
所述驱动电路驱动第一开关管Q1。
优选的，通过控制第一开关管Q1占空比控制第一发射线圈Lp1的电流大小和相位，通过控制第二开关管Q2控制第二发射线圈Lp2的电流大小和相位，进行第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2功率分配，分布第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2周围的磁场；
第一开关管Q1和第二开关管Q2通过开通和关断实现直流电到交流电的逆变过程，在第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2上产生交变磁场，第一发射线圈补偿电容Cp1补偿第一发射线圈Lp1回路中的无功能量；第二发射线圈补偿电容Cp2补偿第二发射线圈Lp2回路中的无功能量。
根据本发明提供的一种双线圈独立驱动型无线充电装置控制方法，应用双线圈独立驱动型无线充电装置，该控制方法包括线圈偏移时恒流步骤：通过调节第一开关管Q1的占空比、改变U1和U2实现恒流。
优选的，该控制方法还包括负载变化时恒流步骤：令第二发射线圈补偿电容Cp2与第二发射线圈Lp2在开关频率f处谐振，根据戴维南等效定理，令第一接收线圈补充电容Cs1与Ls1-M11 2/Lp1在开关频率f处谐振，最终得到电流I1和I2与电阻Req无关，所满足的条件为公式(1)，同时对应的表达式为公式(2)；
Req的计算公式：
Figure BDA0003705906990000041
其中，Req是等效电阻；
Figure BDA0003705906990000042
Figure BDA0003705906990000043
其中，ω表示角频率；I1是装置整体第一等效电路上Req的电流；I2是装置整体第二等效电路上Req的电流；
根据傅里叶分解和叠加定理，该充电装置的总输出电流I表示为
Figure BDA0003705906990000044
其中，π表示圆周率；
根据公式(2)得到，随负载变化，输出电流不变，在负载变化时实现恒流。
优选的，所述线圈偏移时恒流步骤包括如下步骤：
开启步骤：首先电源开启，开关管占空比逐渐增大，进行软启动；
输出电流检测步骤：检测输出电流，判断输出电流是否需要恒流；若输出电流不需要恒流，则判断输出电流是否过流，若输出电流过流，则结束充电过程；若输出电流未过流，则继续检测输出电流；
若输出电流需要恒流，启动恒流控制逻辑，判断输出电流是否大于预设恒流值；若输出电流大于预设恒流值，则减小第一开关管Q1的占空比，输出电流将逐渐下降，直到达到预设恒流值；
若输出电流小于预设恒流值，则减小第一开关管Q1的占空比，输出电流将逐渐上升直到达到预设恒流值；
当输出电流达到预设电流值时，判断该充电装置是否停机，若该充电装置停机，则充电结束；若该充电装置不停机，则重新检测输出电流，并判断是否需要恒流，重复进行操作。
优选的，所述线圈偏移时恒流步骤还包括输出电压检测步骤：检测输出电压，判断输出电压是否超过阈值；若输出电压未超过阈值，则继续检测输出电压；若输出电压超过阈值，则充电结束。
优选的，在所述输出电流检测步骤中，输出电流能够不经过是否需要恒流判断，直接进行是否过流判断。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够解决现有单个无线电能逆变拓扑不能独立驱动两个线圈的问题，提高了控制自由度和功率等级；
2、本发明给出的控制方法和参数设计使该拓扑不仅在负载变化时而且线圈发生移位时均可以保持恒定的电流给电池充电；
3、本发明相比于公开号为CN112311107A的专利文献中的单开关电路，开关管耐压更低，可以选用更便宜的器件，成本更低；
4、本发明相比于并联两个全桥驱动双线圈(公开号为CN112564309A的专利文献中)，所采用的器件更少，可靠性高，功率密度高，成本低。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为新型带下拉钳位的双线圈独立驱动型无线充电装置图；
图2为装置整体第一等效电路图；
图3为装置整体第二等效电路图；
图4为装置最终第一等效电路图；
图5为装置最终第二等效电路图；
图6为具体控制策略图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例公开了一种带下拉钳位的双线圈独立驱动型无线充电装置，如图1所示，包括发射电路、接收电路、控制电路以及负载R。发射电路将直流电逆变成交流电，并产生交变磁场。接收电路在交变磁场中感应出电压，并整流成直流电供给负载R使用。控制电路采集负载R的电流和电压信号，并将电流和电压信号进行处理，通过处理后的电流和电压信号对发射电路进行驱动。
具体为，装置由发射电路，接收电路和控制电路组成。发射电路将直流电逆变成高频交流电，并在发射线圈中产生交变磁场，接收电路中接收线圈在交变磁场中感应出电压，经过补偿电容和二极管整流成直流电供给负载使用。接收端控制电路中的采样电路采集负载的电流和电压信号，传给DSP控制电路，处理后通过通信装置传给发射端控制电路的通信电路，通信电路接到信号传给DSP控制电路，控制电路根据信号调整开关管Q1的占空比大小，将信号给驱动电路，驱动电路驱动发射电路中的Q1开关管。DSP英文全称为DigitalSignal Processing，中文译文为数字信号处理。
发射电路包括电源Udc、第一电容C1、钳位电容Cc、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一发射线圈Lp1、第二发射线圈Lp2、第一发射线圈补偿电容Cp1、第二发射线圈补偿电容Cp2和第二电容C2。
电源Udc的正极分别连接第一电容C1的一端、第一发射线圈补偿电容Cp1的一端以及第一发射线圈Lp1的一端。
电源Udc的负极分别连接第一电容C1的另一端、第一开关管Q1的一端以及钳位电容Cc的一端。
第一开关管Q1的另一端分别连接第一发射线圈补偿电容Cp1的另一端、第一发射线圈Lp1的另一端、第二开关管Q2的一端，第二电容C2的一端以及第二发射线圈补偿电容Cp2的一端。
二发射线圈补偿电容Cp2的另一端连接第二发射线圈Lp2的一端。
钳位电容Cc的另一端分别连接第二开关管Q2的另一端、第二电容C2的另一端以及第二发射线圈Lp2的另一端。
接收电路包括第一接收线圈Ls1、第二接收线圈Ls2、第一接收线圈补偿电容Cs1、第二接收线圈补偿电容Cs2和整流电路。
第一接收线圈Ls1的一端分别连接第一接收线圈补偿电容Cs1的一端、第二接收线圈补偿电容Cs2的一端以及整流电路的第一连接端。
第一接收线圈Ls1的另一端分别连接第一接收线圈补偿电容Cs1的另一端、第二接收线圈Ls2的一端以及整流电路的第二连接端。
第二接收线圈补偿电容Cs2的另一端连接第二接收线圈Ls2的另一端。
整流电路的第三连接端连接负载R的一端。
整流电路的第四连接端连接负载R的另一端。
第一发射线圈Lp1和第一接收线圈Ls1之间的互感为M11；第二发射线圈Lp2和第二接收线圈Ls2之间的互感为M22；第一发射线圈Lp1和第二接收线圈Ls2之间的互感为M12，第二发射线圈Lp2和第一接收线圈Ls1之间的互感为M21，第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2之间的互感为Mp，第一接收线圈Ls1和第二接收线圈Ls2之间的互感为Ms。
整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第三电容C3。
第一二极管D1的正极构成整流电路的第一连接端，且第一二极管D1的正极连接第三二极管D3的负极。
第一二极管D1的负极分别连接第二二极管D2的负极和第三电容C3的一端，且第一二极管D1的负极构成整流电路的第三连接端。
第二二极管D2的正极构成整流电路的第二连接端，且第二二极管D2的正极连接第四二极管D4的负极。
第三二极管D3的正极分别连接第四二极管D4的正极和第三电容C3的另一端，且第三二极管D3的正极构成整流电路的第四连接端。
控制电路包括发射侧控制电路和接收侧控制电路。
发射侧控制电路包括驱动电路、第一通信电路和第一DSP控制电路。
接收侧控制电路包括第二通信电路、采样电路和第二DSP控制电路。
采样电路采集负载R的电流和电压信号，传给第二DSP控制电路。
第二DSP控制电路对电流和电压信号处理后，通过第二通讯电路传给第一通信电路。
第一通信电路接到处理后的电流和电压信号传给第一DSP控制电路。
第一DSP控制电路根据处理后的电流和电压信号调整开关管Q1的占空比大小，将驱动第一开关管Q1的信号给驱动电路。
驱动电路驱动第一开关管Q1。
发射电路包括电源Udc，滤波电容C1，钳位电容Cc，开关管Q1和Q2，发射线圈Lp1和Lp2，发射线圈补偿电容Cp1和Cp2，谐振电容C2。接收电路包括接收线圈Ls1和Ls2，接收线圈补偿电容Cs1和Cs2，二极管D1-D4，滤波电容C3，负载R。控制电路包括发射侧控制电路和接收侧控制电路，其中发射侧控制电路由驱动电路、通信电路、DSP控制电路组成；接收侧控制电路由通信电路、采样电路、DSP控制电路组成。M11为线圈Lp1和Ls1之间的互感，M22为线圈Lp2和Ls2之间的互感，M12为线圈Lp1和Ls2之间的互感，M21为线圈Lp2和Ls1之间的互感，Mp为线圈Lp1和Lp2之间的互感，Ms为线圈Ls1和Ls2之间的互感。
第一发射线圈Lp1采用PS的补偿方式进行无线传能；第二发射线圈Lp2采用SS的补偿方式进行无线传能。
通过控制第一开关管Q1占空比控制第一发射线圈Lp1的电流大小和相位，通过控制第二开关管Q2控制第二发射线圈Lp2的电流大小和相位，进行第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2功率分配，分布第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2周围的磁场。
第一开关管Q1和第二开关管Q2通过开通和关断实现直流电到交流电的逆变过程，在第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2上产生交变磁场，第一发射线圈补偿电容Cp1补偿第一发射线圈Lp1回路中的无功能量；第二发射线圈补偿电容Cp2补偿第二发射线圈Lp2回路中的无功能量。
即，由第二开关管Q2和钳位电容Cc组成的下拉钳位支路减小了第一开关管Q1的耐压，通过控制第一开关管Q1占空比控制第一发射线圈Lp1的电流大小和相位，通过控制第二开关管Q2控制第二发射线圈Lp2的电流大小和相位，从而实现第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2功率分配，以及第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2上产生的磁场分布，使得磁场更均匀。电感电容的作用：Q1和Q2通过高频的开通和关断实现从直流电到高频交流电，从而在线圈Lp1和Lp2上产生高频交变磁场。电容Cp1和Cp2分别补偿两个线圈回路中的无功能量，从而提高效率。
本发明实施例还公开了一种双线圈独立驱动型无线充电装置控制方法，如图1所示，应用双线圈独立驱动型无线充电装置，该控制方法包括如下步骤：
负载变化时恒流步骤：为了实现在负载变化和线圈位置发生变化时均可以恒流输出供给电池充电，现分别对负载变化和线圈位置变化进行分析和控制。装置的总体等效电路如图2和图3所示。令Cp2与Lp2在开关频率f处谐振，根据戴维南等效定理，装置的最终等效电路如图4和图5所示。令Cs1与Ls1-M11 2/Lp1在开关频率f处谐振，最终可以得到电流I1和I2与电阻Req无关，所满足的条件为公式(1)所示，同时对应的表达式为公式(2)所示。
具体为，令第二发射线圈补偿电容Cp2与第二发射线圈Lp2在开关频率f处谐振，根据戴维南等效定理，令第一接收线圈补充电容Cs1与Ls1-M11 2/Lp1在开关频率f处谐振，最终得到电流I1和I2与电阻Req无关，所满足的条件为公式(1)，同时对应的表达式为公式(2)。
Req的计算公式：
Figure BDA0003705906990000091
其中，Req是等效电阻。
Figure BDA0003705906990000092
Figure BDA0003705906990000093
其中，ω表示角频率，＝2πf，π表示圆周率；I1是装置整体第一等效电路上Req的电流；I2是装置整体第二等效电路上Req的电流。I1和I2分别是图2和图3等效电路上Req的电流。图2和图3分别是两个线圈的等效电路。U1是Cp1两端等效电压源，U2是C2两端等效电压源。
根据傅里叶分解和叠加定理，该充电装置的总输出电流I(即装置的总输出电流I)可以表示为
Figure BDA0003705906990000094
其中，π表示圆周率。
根据公式(2)得到，随负载变化，输出电流不变，在负载变化时实现恒流。从公式(2)可以看出，随负载变化，输出电流不变，所以在负载变化时可以实现恒流功能。
线圈偏移时恒流步骤：通过调节第一开关管Q1的占空比、改变U1和U2实现恒流。
具体为，当线圈发生偏移时，对装置的影响为互感M11和M22发生变化，当线圈距离增大或者不正对时，互感M11和M22同时减小，此时电流I1减小，I2增大，总电流I将保持在很小的变化范围内。此时为了实现恒流效果，可以微小调节Q1的占空比，通过改变U1和U2实现线圈偏移时的恒流功能。
具体的控制策略如图6所示，首先电源开启，开关管占空比逐渐增大，进行软启动；此时进行输出电压和输出电流的检测，当输出电流达到预设需要恒流输出状态时，启动恒流控制逻辑，如果输出电流大于恒流值，则减小Q1占空比，此时输出电流将下降至预设恒流值；如果输出电流小于恒流值，则增大Q1占空比，此时输出电流将上升至预设恒流值；此过程中如果出现过流或者过压将会保护使装置停机。控制方法基于此新型带下拉钳位的双线圈独立驱动型无线充电装置。
线圈偏移时恒流步骤包括如下步骤：
开启步骤：首先电源开启，开关管占空比逐渐增大，进行软启动。
输出电流检测步骤：检测输出电流，判断输出电流是否需要恒流；若输出电流不需要恒流，则判断输出电流是否过流，若输出电流过流，则结束充电过程；若输出电流未过流，则继续检测输出电流。
若输出电流需要恒流，启动恒流控制逻辑，判断输出电流是否大于预设恒流值；若输出电流大于预设恒流值，则减小第一开关管Q1的占空比，输出电流将逐渐下降，直到达到预设恒流值(这个过程一直在检测)。
若输出电流小于预设恒流值，则减小第一开关管Q1的占空比，输出电流将逐渐上升直到达到预设恒流值。
当输出电流达到预设电流值时，判断该充电装置是否停机，若该充电装置停机，则充电结束；若该充电装置不停机，则重新检测输出电流，并判断是否需要恒流，重复进行操作(重复上述步骤)。
输出电流能够不经过是否需要恒流判断，直接进行是否过流判断。
输出电压检测步骤：检测输出电压，判断输出电压是否超过阈值；若输出电压未超过阈值，则继续检测输出电压；若输出电压超过阈值，则充电结束(整个过程都在对输出电压进行检测)。
本发明实施的装置可以依照如图1所示，具体的控制方法如图6所示，具体的参数设计如公式(3)。
Figure BDA0003705906990000111
本发明用于电池无线充电场合，涉及一种新型可以独立驱动两个线圈的无线充电装置的恒流控制方法，控制方法使该装置不仅在负载变化时而且线圈发生移位时均可以保持恒定的电流给电池充电。
本发明采用新型带下拉钳位的双线圈独立驱动型无线充电装置实现恒流控制方法。本发明采用一个逆变电路对两个发射线圈实现独立的控制，提高控制自由度和可靠性，并且实现恒流功能，应用于电池充电场合。
一种带下拉钳位的双线圈独立驱动型无线充电装置采用一个逆变电路的两个开关管分别驱动一个线圈，不仅可以实现对线圈的独立控制，而且提高了器件利用率可以传输更大的功率。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种双线圈独立驱动型无线充电装置，其特征在于，包括发射电路、接收电路、控制电路以及负载R；
所述发射电路将直流电逆变成交流电，并产生交变磁场；
所述接收电路在交变磁场中感应出电压，并整流成直流电供给负载R使用；
所述控制电路采集负载R的电流和电压信号，并将电流和电压信号进行处理，通过处理后的电流和电压信号对发射电路进行驱动。
2.根据权利要求1所述的双线圈独立驱动型无线充电装置，其特征在于，所述发射电路包括电源Udc、第一电容C1、钳位电容Cc、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一发射线圈Lp1、第二发射线圈Lp2、第一发射线圈补偿电容Cp1、第二发射线圈补偿电容Cp2和第二电容C2；
所述电源Udc的正极分别连接第一电容C1的一端、第一发射线圈补偿电容Cp1的一端以及第一发射线圈Lp1的一端；
所述电源Udc的负极分别连接第一电容C1的另一端、第一开关管Q1的一端以及钳位电容Cc的一端；
所述第一开关管Q1的另一端分别连接第一发射线圈补偿电容Cp1的另一端、第一发射线圈Lp1的另一端、第二开关管Q2的一端，第二电容C2的一端以及第二发射线圈补偿电容Cp2的一端；
所述二发射线圈补偿电容Cp2的另一端连接第二发射线圈Lp2的一端；
所述钳位电容Cc的另一端分别连接第二开关管Q2的另一端、第二电容C2的另一端以及第二发射线圈Lp2的另一端。
3.根据权利要求2所述的双线圈独立驱动型无线充电装置，其特征在于，所述接收电路包括第一接收线圈Ls1、第二接收线圈Ls2、第一接收线圈补偿电容Cs1、第二接收线圈补偿电容Cs2和整流电路；
所述第一接收线圈Ls1的一端分别连接第一接收线圈补偿电容Cs1的一端、第二接收线圈补偿电容Cs2的一端以及整流电路的第一连接端；
所述第一接收线圈Ls1的另一端分别连接第一接收线圈补偿电容Cs1的另一端、第二接收线圈Ls2的一端以及整流电路的第二连接端；
所述第二接收线圈补偿电容Cs2的另一端连接第二接收线圈Ls2的另一端；
所述整流电路的第三连接端连接负载R的一端；
所述整流电路的第四连接端连接负载R的另一端；
第一发射线圈Lp1和第一接收线圈Ls1之间的互感为M11；第二发射线圈Lp2和第二接收线圈Ls2之间的互感为M22；第一发射线圈Lp1和第二接收线圈Ls2之间的互感为M12，第二发射线圈Lp2和第一接收线圈Ls1之间的互感为M21，第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2之间的互感为Mp，第一接收线圈Ls1和第二接收线圈Ls2之间的互感为Ms。
4.根据权利要求1所述的双线圈独立驱动型无线充电装置，其特征在于，所述控制电路包括发射侧控制电路和接收侧控制电路；
所述发射侧控制电路包括驱动电路、第一通信电路和第一DSP控制电路；
接收侧控制电路包括第二通信电路、采样电路和第二DSP控制电路；
所述采样电路采集负载R的电流和电压信号，传给第二DSP控制电路；
所述第二DSP控制电路对电流和电压信号处理后，通过第二通讯电路传给第一通信电路；
所述第一通信电路接到处理后的电流和电压信号传给第一DSP控制电路；
所述第一DSP控制电路根据处理后的电流和电压信号调整开关管Q1的占空比大小，将驱动第一开关管Q1的信号给驱动电路；
所述驱动电路驱动第一开关管Q1。
5.根据权利要求2所述的双线圈独立驱动型无线充电装置，其特征在于，通过控制第一开关管Q1占空比控制第一发射线圈Lp1的电流大小和相位，通过控制第二开关管Q2控制第二发射线圈Lp2的电流大小和相位，进行第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2功率分配，分布第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2周围的磁场；
第一开关管Q1和第二开关管Q2通过开通和关断实现直流电到交流电的逆变过程，在第一发射线圈Lp1和第二发射线圈Lp2上产生交变磁场，第一发射线圈补偿电容Cp1补偿第一发射线圈Lp1回路中的无功能量；第二发射线圈补偿电容Cp2补偿第二发射线圈Lp2回路中的无功能量。
6.一种双线圈独立驱动型无线充电装置控制方法，其特征在于，应用权利要求1-5任一所述的双线圈独立驱动型无线充电装置，该控制方法包括线圈偏移时恒流步骤：通过调节第一开关管Q1的占空比、改变U1和U2实现恒流。
7.根据权利要求6所述的双线圈独立驱动型无线充电装置控制方法，其特征在于，该控制方法还包括负载变化时恒流步骤：令第二发射线圈补偿电容Cp2与第二发射线圈Lp2在开关频率f处谐振，根据戴维南等效定理，令第一接收线圈补充电容Cs1与Ls1-M11 2/Lp1在开关频率f处谐振，最终得到电流I1和I2与电阻Req无关，所满足的条件为公式(1)，同时对应的表达式为公式(2)；
Req的计算公式：
Figure FDA0003705906980000031
其中，Req是等效电阻；
Figure FDA0003705906980000032
Figure FDA0003705906980000033
其中，ω表示角频率；I1是装置整体第一等效电路上Req的电流；I2是装置整体第二等效电路上Req的电流；
根据傅里叶分解和叠加定理，该充电装置的总输出电流I表示为
Figure FDA0003705906980000034
其中，π表示圆周率；
根据公式(2)得到，随负载变化，输出电流不变，在负载变化时实现恒流。
8.根据权利要求6所述的双线圈独立驱动型无线充电装置控制方法，其特征在于，所述线圈偏移时恒流步骤包括如下步骤：
开启步骤：首先电源开启，开关管占空比逐渐增大，进行软启动；
输出电流检测步骤：检测输出电流，判断输出电流是否需要恒流；若输出电流不需要恒流，则判断输出电流是否过流，若输出电流过流，则结束充电过程；若输出电流未过流，则继续检测输出电流；
若输出电流需要恒流，启动恒流控制逻辑，判断输出电流是否大于预设恒流值；若输出电流大于预设恒流值，则减小第一开关管Q1的占空比，输出电流将逐渐下降，直到达到预设恒流值；
若输出电流小于预设恒流值，则减小第一开关管Q1的占空比，输出电流将逐渐上升直到达到预设恒流值；
当输出电流达到预设电流值时，判断该充电装置是否停机，若该充电装置停机，则充电结束；若该充电装置不停机，则重新检测输出电流，并判断是否需要恒流，重复进行操作。
9.根据权利要求6所述的双线圈独立驱动型无线充电装置控制方法，其特征在于，所述线圈偏移时恒流步骤还包括输出电压检测步骤：检测输出电压，判断输出电压是否超过阈值；若输出电压未超过阈值，则继续检测输出电压；若输出电压超过阈值，则充电结束。
10.根据权利要求8所述的双线圈独立驱动型无线充电装置控制方法，其特征在于，在所述输出电流检测步骤中，输出电流能够不经过是否需要恒流判断，直接进行是否过流判断。
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