CN116455097B - 具有可配置整流器的电池无线充电系统、方法及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有可配置整流器的电池无线充电系统、方法及控制方法，属于电池无线充电技术领域。本发明针对现有复合式电池无线充电器动态特性差以及不能实现恒流和恒压平滑切换的问题。充电系统包括能量发射侧和能量接收侧，能量发射侧在高频逆变电路的基础上增加了辅助电路，辅助电路包括辅助开关管SA1、辅助开关管SA2、辅助谐振电容CA1、辅助谐振电容CA2和辅助谐振电感LA；并在发射线圈LP的同名端串联了发射侧补偿电容CP；能量接收侧设置了可配置的整流电路，包括开关管S5、开关管S6、二极管D1、二极管D2和输出电容CF；本发明系统在固定工作频率和少量器件辅助的条件下，通过合理配置整流器开关管的动作模式可实现恒流和恒压模式的平滑切换。

Description

具有可配置整流器的电池无线充电系统、方法及控制方法
技术领域
本发明涉及具有可配置整流器的电池无线充电系统、方法及控制方法，属于电池无线充电技术领域。
背景技术
传统插拔式有线充电方式具有充电不便捷、插拔过程中容易出现电火花及存在触电隐患的缺点，在一定程度上阻碍了设备的升级换代，越来越不能满足当今用户的需求。无线充电技术由于具有安全、便捷、可靠的优势，已在电动汽车，智能手机以及某些极端环境领域得到了广泛应用。
无线充电系统的主要应用对象为电池。综合考虑充电安全与速度，现阶段最受欢迎的电池充电方式为恒流和恒压充电，即先对电池进行恒流充电，当输出电压增加到额定电压时，再切换到恒压模式充电，直至充电过程结束。此外，在整个充电过程中电池的等效电阻不断变化，对系统输出特性和效率均产生了负面影响。因此，电池无线充电系统需在宽负载范围内实现高效地恒流和恒压输出。
为了满足电池的恒流和恒压充电需求，现存的方案有以下几种：1、在发射机或接收机增加一级直流变换器，通过动态调节直流变换器中开关管的占空比以满足充电需求。2、寻找满足恒流和恒压输出的工作频率点，通过切换频率满足充电需求。3、构建复合补偿拓扑，通过控制模式开关或继电器的通断来实现可配置的恒流和恒压输出。然而，第一种方案会增加系统的复杂性，同时也降低了系统的效率。第二种方案在宽负载范围内存在频率分叉现象；此外，还需要接收机与发射机之间的高速通信，显著增加了系统控制的复杂度。第三种方式是目前采用的主流方式，但是现阶段存在的复合式电池无线充电器存在器件多，动态特性差以及实现恒流和恒压平滑切换困难的缺点。
为了实现高效充电，让系统中的逆变器的开关管尽可能实现软开关运行是至关重要的。现存无线充电系统实现软开关的方式主要有以下几种：1、采用移相控制方法使得逆变器的开关管工作在零电压开通模式下。2、通过微调补偿参数的感值或者容值，使得系统的输入阻抗为感性，进而实现逆变器开关管的软开关。3、通过增加开关电容控制电路，实现逆变器的软开关运行。然而，第一种方式当系统工作在轻载条件下时，逆变器的开关管很难实现软开关。第二种方式，需要对参数进行准确的设计，参数的漂移对逆变器软开关的实现影响较大。第三种方式，开关电容控制电路的引入增加了系统控制的复杂度。此外，以上三种方案的逆变器的开关均未实现零电流关断。
发明内容
针对现有复合式电池无线充电器动态特性差以及不能实现恒流和恒压平滑切换的问题，本发明提供一种具有可配置整流器的电池无线充电系统、方法及控制方法。
本发明的一种具有可配置整流器的电池无线充电系统，包括直流输入电压VDC、辅助电路、高频逆变电路、发射侧补偿电容CP、耦合器、接收侧补偿电容CS、接收侧补偿电容CS1、接收侧补偿电感L1以及可配置的整流电路，
直流输入电压VDC的正极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，直流输入电压VDC的负极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；高频逆变电路的交流侧参考正极点为A点，高频逆变电路的交流侧参考负极点为B点；
辅助电路包括辅助开关管SA1、辅助开关管SA2、辅助谐振电容CA1、辅助谐振电容CA2和辅助谐振电感LA；耦合器包括发射线圈LP和接收线圈LS；辅助开关管SA1的漏极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，辅助开关管SA1的源极连接辅助开关管SA2的漏极，辅助开关管SA2的源极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；辅助开关管SA1的漏极连接辅助谐振电容CA1的正极，辅助谐振电容CA1的负极连接辅助谐振电容CA2的正极，辅助谐振电容CA2的负极与辅助开关管SA2的漏极之间连接辅助谐振电感LA；辅助谐振电容CA1的负极连接A点，A点与发射线圈LP的同名端之间连接发射侧补偿电容CP，发射线圈LP的异名端连接B点；
可配置的整流电路包括开关管S5、开关管S6、二极管D1、二极管D2和输出电容CF；
接收线圈LS的同名端连接接收侧补偿电容CS的一端，接收侧补偿电容CS的另一端连接接收侧补偿电容CS1的一端，接收侧补偿电容CS1的另一端连接整流电路的交流输入侧参考正极点C，参考正极点C连接开关管S5的漏极，开关管S5的源极连接整流电路的交流输入侧参考负极点D，参考负极点D连接接收线圈LS的异名端；参考负极点D连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接开关管S6的源极，开关管S6的漏极与接收侧补偿电容CS的另一端之间连接接收侧补偿电感L1；参考正极点C连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间连接输出电容CF；二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间用于连接电池负载，进行充电。
根据本发明的具有可配置整流器的电池无线充电系统，高频逆变电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，开关管S1和开关管S3的漏极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧正极输入端，开关管S2和开关管S4的源极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧负极输入端；开关管S1的源极与开关管S2的漏极之间的连接点为A点，开关管S3的源极与开关管S4的漏极之间的连接点为B点。
本发明还提供了一种具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电方法，基于所述具有可配置整流器的电池无线充电系统实现，包括对电池负载进行先恒流后恒压的无线充电：
首先对电池负载进行恒流充电：使开关管S6关断，接收侧补偿电感L1不工作；发射侧补偿电容CP、接收侧补偿电容CS和接收侧补偿电容CS1处于谐振状态，整流电路通过二极管D1、二极管D2和开关管S5对接收侧交流电进行整流；直到电池负载充电电压达到额定电压；
当电池负载充电电压达到额定电压，对电池负载进行恒压充电：使开关管S5和开关管S6导通，系统中所有器件均处于工作状态，二极管D1和二极管D2构成半桥不可控整流器对接收侧交流电进行整流，直到充电结束。
本发明还提供了一种具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法，对所述具有可配置整流器的电池无线充电系统进行充电控制，包括：
当高频逆变电路输出电流为正方向，一个开关周期内对高频逆变电路的软开关控制包括12个工作流程：
流程1[～t0]：辅助电路不工作，直流输入电压VDC经开关管S1和开关管S4向发射机供电，发射机包括发射侧补偿电容CP和发射线圈LP，当充电系统状态稳定时，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t0)＝V1，V1为辅助谐振电容CA2两端的初始电压；流程1结束；
流程2[t0～t1]：t0时刻，开通辅助开关管SA1，辅助谐振电感LA使辅助开关管SA1实现零电流开通；辅助谐振电感LA被充电，辅助谐振电容CA2放电；当辅助谐振电感LA中的电流iLA＝IP时，达到t1时刻，流程2结束；IP为定值；
流程3[t1～t2]：t1时刻，关断开关管S1，实现开关管S1零电流关断；辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2继续谐振，当辅助谐振电感LA中的电流iLA经最大值再次达到IP时，达到t2时刻，流程3结束；
流程4[t2～t3]：t2时刻，辅助谐振电感LA、辅助谐振电容CA1和辅助谐振电容CA2谐振，当辅助谐振电容CA1两端的电压vCA1(t3)＝VDC，达到t3时刻，流程4结束；
流程5[t3～t4]：t3时刻，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2谐振，电流开始流过开关管S2和开关管S3中的体二极管，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t4)＝0，达到t4时刻，流程5结束；
流程6[t4～t5]：t4时刻，关断辅助开关管SA1，实现辅助开关管SA1的零电流关断；辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2的谐振电流开始流过辅助开关管SA1的体二极管；当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t4)再一次达到0时，达到t5时刻，流程6结束；
流程7[t5～t6]：t5时刻，辅助电路停止工作，高频逆变电路的输出端经开关管S2的体二极管和开关管S3的体二极管所在回路以及开关管S2的体二极管和开关管S4所在回路进行续流，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t6)≠0时，达到t6时刻，流程7结束；
流程8[t6～t7]：t6时刻，开通辅助开关管SA2，辅助谐振电感LA使辅助开关管SA2实现零电流开通，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2谐振，开关管S4导通，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t7)＝0，达到t7时刻，流程8结束；
流程9[t7～t8]：t7时刻，关断辅助开关管SA2，实现辅助开关管SA2的零电流关断，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2的谐振电流开始流过辅助开关管SA2的体二极管，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t8)＝IP，达到t8时刻，流程9结束；
流程10[t8～t9]：t8时刻，辅助谐振电感LA、辅助谐振电容CA1和辅助谐振电容CA2谐振，当辅助谐振电容CA1两端的电压vCA1(t9)＝0时，达到t9时刻，流程10结束；
流程11[t9～t10]：t9时刻，使开关管S1开通，实现开关管S1的零电压开通，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t10)＝IP，达到t10时刻，流程11结束；
流程12[t10～t11]：t10时刻，辅助谐振电感LA和辅助谐振电容CA2继续放电，辅助开关管SA2的体二极管经辅助谐振电容CA2和开关管S4所在的回路进行续流，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t11)＝0，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t11)＝V1时，达到t11时刻，流程12结束。
本发明的有益效果：本发明基于可配置整流器进行充电控制，可满足电池无线充电系统的平滑切换和高效运行。
本发明所述电池无线充电系统中，逆变电路的功率开关可在全功率范围内实现零开关损耗运行，对改善系统效率具有重要作用。
本发明所述电池无线充电系统中，辅助电路包含的元器件数量少，且辅助开关管也能够实现软开关，具有低损耗和控制简单的特点。
本发明系统在固定工作频率和少量器件辅助的条件下，通过合理配置整流器开关管的动作模式可实现恒流和恒压模式的平滑切换，以满足电池的充电需求。
附图说明
图1是本发明所述具有可配置整流器的电池无线充电系统的电路原理图；图中vAB表示AB点之间的电压，iP为流过发射侧补偿电容CP的电流，MPS表示发射线圈LP和接收线圈LS之间的互感；iCS为流过接收侧补偿电容CS的电流，iL1为流过接收侧补偿电感L1的电流；vCD表示CD点之间的电压，vCE表示CE点之间的电压，E点为二极管D2的阳极连接点；
图2是本发明所述具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电方法在恒流模式下的等效电路图；
图3是本发明所述具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电方法在恒压模式下的等效电路图；
图4至图15是具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法中具有可配置整流器的电池无线充电系统的软开关换流流程在一个开关周期的12个流程的等效电路图；其中图4为流程1的等效电路图；图5为流程2的等效电路图；图6为流程3的等效电路图；
图7为流程4的等效电路图；图8为流程5的等效电路图；图9为流程6的等效电路图；
图10为流程7的等效电路图；图11为流程8的等效电路图；图12为流程9的等效电路图；
图13为流程10的等效电路图；图14为流程11的等效电路图；图15为流程12的等效电路图；
图16是具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法在一个开关周期内12个流程的特征工作波形图；
图17是具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法中，开关管S1的软开关实验波形；
图18是具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法中，辅助开关管SA1的软开关实验波形；
图19是具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法中，辅助开关管SA2的软开关实验波形；
图20是具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电方法中，电池无线充电系统充电过程中恒流和恒压模式切换的实验波形。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、结合图1所示，本实施方式提供了一种具有可配置整流器的电池无线充电系统，包括直流输入电压VDC、辅助电路、高频逆变电路、发射侧补偿电容CP、耦合器、接收侧补偿电容CS、接收侧补偿电容CS1、接收侧补偿电感L1以及可配置的整流电路，
直流输入电压VDC的正极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，直流输入电压VDC的负极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；高频逆变电路的交流侧参考正极点为A点，高频逆变电路的交流侧参考负极点为B点；
辅助电路包括辅助开关管SA1、辅助开关管SA2、辅助谐振电容CA1、辅助谐振电容CA2和辅助谐振电感LA；耦合器包括发射线圈LP和接收线圈LS；辅助开关管SA1的漏极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，辅助开关管SA1的源极连接辅助开关管SA2的漏极，辅助开关管SA2的源极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；辅助开关管SA1的漏极连接辅助谐振电容CA1的正极，辅助谐振电容CA1的负极连接辅助谐振电容CA2的正极，辅助谐振电容CA2的负极与辅助开关管SA2的漏极之间连接辅助谐振电感LA；辅助谐振电容CA1的负极连接A点，A点与发射线圈LP的同名端之间连接发射侧补偿电容CP，发射线圈LP的异名端连接B点；
可配置的整流电路包括开关管S5、开关管S6、二极管D1、二极管D2和输出电容CF；
接收线圈LS的同名端连接接收侧补偿电容CS的一端，接收侧补偿电容CS的另一端连接接收侧补偿电容CS1的一端，接收侧补偿电容CS1的另一端连接整流电路的交流输入侧参考正极点C，参考正极点C连接开关管S5的漏极，开关管S5的源极连接整流电路的交流输入侧参考负极点D，参考负极点D连接接收线圈LS的异名端；参考负极点D连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接开关管S6的源极，开关管S6的漏极与接收侧补偿电容CS的另一端之间连接接收侧补偿电感L1；参考正极点C连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间连接输出电容CF；二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间用于连接电池负载，进行充电。
进一步，结合图1所示，高频逆变电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，开关管S1和开关管S3的漏极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧正极输入端，开关管S2和开关管S4的源极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧负极输入端；开关管S1的源极与开关管S2的漏极之间的连接点为A点，开关管S3的源极与开关管S4的漏极之间的连接点为B点。
具体实施方式二、结合图1至图3以及图20所示，本实施方式提供了一种具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电方法，基于具体实施方式一所述具有可配置整流器的电池无线充电系统实现，包括对电池负载进行先恒流后恒压的无线充电：
图2所示，首先对电池负载进行恒流充电：使开关管S6关断，接收侧补偿电感L1未接入电路，不工作；发射侧补偿电容CP、接收侧补偿电容CS和接收侧补偿电容CS1处于谐振状态，整流电路通过二极管D1、二极管D2和开关管S5对接收侧交流电进行整流；直到电池负载充电电压达到额定电压；此阶段系统工作特性与SS(Series-Series)型无线充电拓扑类似；
图3所示，当检测到电池负载充电电压达到额定电压，对电池负载进行恒压充电：使开关管S5和开关管S6一直处于导通状态，系统中所有器件均处于工作状态，二极管D1和二极管D2构成半桥不可控整流器对接收侧交流电进行整流，直到充电结束；此阶段系统工作特性与S-LCC(Series-Inductor Capacitor Capacitor)型无线充电拓扑类似。
具体实施方式三、结合图1以及图4至图19所示，本实施方式提供了一种具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法，对具体实施方式一所述具有可配置整流器的电池无线充电系统进行充电控制，使电池无线充电系统在全功率范围内实现逆变电路功率开关的软开关控制，包括：
当高频逆变电路输出电流为正方向，一个开关周期内对高频逆变电路的软开关控制包括12个工作流程：
流程1[～t0]：辅助电路不工作，直流输入电压VDC经开关管S1和开关管S4向发射机供电，发射机包括发射侧补偿电容CP和发射线圈LP，当充电系统状态稳定时，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t0)＝V1，V1为辅助谐振电容CA2两端的初始电压；流程1结束；
流程2[t0～t1]：t0时刻，开通辅助开关管SA1，辅助谐振电感LA的存在使辅助开关管SA1实现零电流开通；辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2谐振，辅助谐振电感LA被充电，辅助谐振电容CA2放电；当辅助谐振电感LA中的电流iLA＝IP时，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t1)＝V2，达到t1时刻，流程2结束；IP为定值；IP值根据具体的应用场合确定，由系统的输入电压等级、耦合器之间的互感以及系统工作频率决定；此流程中，辅助开关管SA1，开关管S1和开关管S4均处于导通状态；本流程中流过辅助谐振电感LA中的最大电流值为I1；
流程3[t1～t2]：t1时刻，关断开关管S1，实现开关管S1零电流关断；辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2继续谐振，谐振电流开始流过开关管S1的体二极管；当辅助谐振电容CA2两端的电压降低到零时，辅助谐振电感LA中的电流iLA增加到本流程的最大值；当辅助谐振电感LA中的电流iLA经最大值再次达到IP时，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t2)＝-V2，达到t2时刻，流程3结束；
流程4[t2～t3]：t2时刻，辅助谐振电感LA、辅助谐振电容CA1和辅助谐振电容CA2谐振，辅助开关管SA1和开关管S4处于导通状态；当辅助谐振电容CA2两端的电压绝对值与辅助谐振电容CA1两端的电压绝对值相等时，辅助谐振电感LA中的电流iLA降低至正向最小值I2；当辅助谐振电容CA1两端的电压vCA1(t3)＝VDC，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t3)＝V3和辅助谐振电感LA中的电流iLA(t3)＝I3，达到t3时刻，流程4结束；
流程5[t3～t4]：t3时刻，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2谐振，电流开始流过开关管S2和开关管S3中的体二极管，辅助开关管SA1和开关管S4处于导通状态，当辅助谐振电容CA2两端的电压等于-VDC时，辅助谐振电感LA中的电流iLA达到本流程的最大值。当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t4)＝0，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t4)＝V4，达到t4时刻，流程5结束；
流程6[t4～t5]：t4时刻，关断辅助开关管SA1，实现辅助开关管SA1的零电流关断；辅助谐振电感LA和辅助谐振电容CA2仍然谐振，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2的谐振电流开始流过辅助开关管SA1的体二极管；当辅助谐振电容CA2两端的电压等于VDC时，辅助谐振电感LA中的电流iLA达到反向最大值。当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t4)再一次达到0时，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t5)＝V5，达到t5时刻，流程6结束；
流程7[t5～t6]：t5时刻，辅助电路停止工作，高频逆变电路的输出端经开关管S2的体二极管和开关管S3的体二极管所在回路以及开关管S2的体二极管和开关管S4所在回路进行续流；电能经直流电源VDC，开关管S2的体二极管和S3的体二极管所在的回路向发射机供电；当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t6)≠0时，达到t6时刻，流程7结束；
流程8[t6～t7]：t6时刻，开通辅助开关管SA2，辅助谐振电感LA使辅助开关管SA2实现零电流开通，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2谐振，开关管S4导通，当辅助谐振电容CA2两端的电压等于零时，辅助谐振电感LA中的电流iLA达到反向最大值I4。当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t7)＝0，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t5)＝-V5，达到t7时刻，流程8结束；
流程9[t7～t8]：t7时刻，关断辅助开关管SA2，实现辅助开关管SA2的零电流关断，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2的谐振电流开始流过辅助开关管SA2的体二极管，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t8)＝IP，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t8)＝V6，达到t8时刻，流程9结束；
流程10[t8～t9]：t8时刻，辅助谐振电感LA、辅助谐振电容CA1和辅助谐振电容CA2谐振，开关管S4导通，当辅助谐振电容CA2两端的电压与辅助谐振电容CA1两端的电压的和等于VDC时，辅助谐振电感LA中的电流增加到本流程的最大值I5；当辅助谐振电容CA1两端的电压vCA1(t9)＝0时，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t9)＝V7和辅助谐振电感LA中的电流iLA(t9)＝I6，达到t9时刻，流程10结束；
流程11[t9～t10]：t9时刻，使开关管S1开通，实现开关管S1的零电压开通，辅助谐振电感LA和辅助谐振电容CA2谐振并放电，谐振电流开始流过SA2和S1中的体二极管，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t10)＝IP，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t10)＝V8，达到t10时刻，流程11结束；
流程12[t10～t11]：t10时刻，辅助谐振电感LA和辅助谐振电容CA2继续放电，辅助开关管SA2的体二极管经辅助谐振电容CA2和开关管S4所在的回路进行续流，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t11)＝0，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t11)＝V1时，达到t11时刻，流程12结束。
具体实施例：
为验证本发明所述具有可配置整流器的电池无线充电系统的优越性，搭建一台输出功率为1kW的样机(充电电流等于4A，充电电压等于250V)，系统的工作频率为100kHz。实验波形如图17至图20所示。
图17中提供了开关管S1的软开关波形，其中vS1表示开关管S1两端承受的电压，iS1表示流过开关管S1的电流。开关管S1的开通方式为零电压开通，开关管S1的关断方式为零电流关断。
图18提供了辅助开关管SA1的软开关波形，其中vSA1表示开关管SA1两端承受的电压，iSA1表示流过开关管SA1的电流。辅助开关管SA1的开通方式为零电流开通，辅助开关管SA1的关断方式为零电流关断。
图19提供了辅助开关管SA2的软开关波形，其中vSA2表示开关管SA2两端承受的电压，iSA2表示流过开关管SA2的电流。辅助开关管SA2的开通方式为零电流开通，辅助开关管SA2的关断方式为零电流关断。
图20展示了无线充电系统的恒流到恒压模式充电的过渡过程，其中vGQ6表示开关管S6的驱动电压，IBAT表示系统的充电电流，VBAT表示系统的充电电压。可以看出恒流模式和恒压模式切换前后，充电电压和充电电流的波动较小，且均满足充电需求。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (2)

1.一种具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电方法，其特征在于基于具有可配置整流器的电池无线充电系统实现，所述具有可配置整流器的电池无线充电系统包括直流输入电压VDC、辅助电路、高频逆变电路、发射侧补偿电容CP、耦合器、接收侧补偿电容CS、接收侧补偿电容CS1、接收侧补偿电感L1以及可配置的整流电路，
直流输入电压VDC的正极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，直流输入电压VDC的负极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；高频逆变电路的交流侧参考正极点为A点，高频逆变电路的交流侧参考负极点为B点；
辅助电路包括辅助开关管SA1、辅助开关管SA2、辅助谐振电容CA1、辅助谐振电容CA2和辅助谐振电感LA；耦合器包括发射线圈LP和接收线圈LS；辅助开关管SA1的漏极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，辅助开关管SA1的源极连接辅助开关管SA2的漏极，辅助开关管SA2的源极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；辅助开关管SA1的漏极连接辅助谐振电容CA1的正极，辅助谐振电容CA1的负极连接辅助谐振电容CA2的正极，辅助谐振电容CA2的负极与辅助开关管SA2的漏极之间连接辅助谐振电感LA；辅助谐振电容CA1的负极连接A点，A点与发射线圈LP的同名端之间连接发射侧补偿电容CP，发射线圈LP的异名端连接B点；
可配置的整流电路包括开关管S5、开关管S6、二极管D1、二极管D2和输出电容CF；
接收线圈LS的同名端连接接收侧补偿电容CS的一端，接收侧补偿电容CS的另一端连接接收侧补偿电容CS1的一端，接收侧补偿电容CS1的另一端连接整流电路的交流输入侧参考正极点C，参考正极点C连接开关管S5的漏极，开关管S5的源极连接整流电路的交流输入侧参考负极点D，参考负极点D连接接收线圈LS的异名端；参考负极点D连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接开关管S6的源极，开关管S6的漏极与接收侧补偿电容CS的另一端之间连接接收侧补偿电感L1；参考正极点C连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间连接输出电容CF；二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间用于连接电池负载，进行充电；
高频逆变电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，开关管S1和开关管S3的漏极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧正极输入端，开关管S2和开关管S4的源极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧负极输入端；开关管S1的源极与开关管S2的漏极之间的连接点为A点，开关管S3的源极与开关管S4的漏极之间的连接点为B点；
所述充电方法包括对电池负载进行先恒流后恒压的无线充电：
首先对电池负载进行恒流充电：使开关管S6关断，接收侧补偿电感L1不工作；发射侧补偿电容CP、接收侧补偿电容CS和接收侧补偿电容CS1处于谐振状态，整流电路通过二极管D1、二极管D2和开关管S5对接收侧交流电进行整流；直到电池负载充电电压达到额定电压；
当电池负载充电电压达到额定电压，对电池负载进行恒压充电：使开关管S5和开关管S6导通，系统中所有器件均处于工作状态，二极管D1和二极管D2构成半桥不可控整流器对接收侧交流电进行整流，直到充电结束。
2.一种具有可配置整流器的电池无线充电系统的充电控制方法，其特征在于基于具有可配置整流器的电池无线充电系统实现，所述具有可配置整流器的电池无线充电系统包括直流输入电压VDC、辅助电路、高频逆变电路、发射侧补偿电容CP、耦合器、接收侧补偿电容CS、接收侧补偿电容CS1、接收侧补偿电感L1以及可配置的整流电路，
直流输入电压VDC的正极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，直流输入电压VDC的负极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；高频逆变电路的交流侧参考正极点为A点，高频逆变电路的交流侧参考负极点为B点；
辅助电路包括辅助开关管SA1、辅助开关管SA2、辅助谐振电容CA1、辅助谐振电容CA2和辅助谐振电感LA；耦合器包括发射线圈LP和接收线圈LS；辅助开关管SA1的漏极连接高频逆变电路的直流侧正极输入端，辅助开关管SA1的源极连接辅助开关管SA2的漏极，辅助开关管SA2的源极连接高频逆变电路的直流侧负极输入端；辅助开关管SA1的漏极连接辅助谐振电容CA1的正极，辅助谐振电容CA1的负极连接辅助谐振电容CA2的正极，辅助谐振电容CA2的负极与辅助开关管SA2的漏极之间连接辅助谐振电感LA；辅助谐振电容CA1的负极连接A点，A点与发射线圈LP的同名端之间连接发射侧补偿电容CP，发射线圈LP的异名端连接B点；
可配置的整流电路包括开关管S5、开关管S6、二极管D1、二极管D2和输出电容CF；
接收线圈LS的同名端连接接收侧补偿电容CS的一端，接收侧补偿电容CS的另一端连接接收侧补偿电容CS1的一端，接收侧补偿电容CS1的另一端连接整流电路的交流输入侧参考正极点C，参考正极点C连接开关管S5的漏极，开关管S5的源极连接整流电路的交流输入侧参考负极点D，参考负极点D连接接收线圈LS的异名端；参考负极点D连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接开关管S6的源极，开关管S6的漏极与接收侧补偿电容CS的另一端之间连接接收侧补偿电感L1；参考正极点C连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间连接输出电容CF；二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间用于连接电池负载，进行充电；
高频逆变电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，开关管S1和开关管S3的漏极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧正极输入端，开关管S2和开关管S4的源极连接在一起作为高频逆变电路的直流侧负极输入端；开关管S1的源极与开关管S2的漏极之间的连接点为A点，开关管S3的源极与开关管S4的漏极之间的连接点为B点；
所述充电控制方法包括：
当高频逆变电路输出电流为正方向，一个开关周期内对高频逆变电路的软开关控制包括12个工作流程：
流程1[～t0]：辅助电路不工作，直流输入电压VDC经开关管S1和开关管S4向发射机供电，发射机包括发射侧补偿电容CP和发射线圈LP，当充电系统状态稳定时，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t0)＝V1，V1为辅助谐振电容CA2两端的初始电压；流程1结束；
流程2[t0～t1]：t0时刻，开通辅助开关管SA1，辅助谐振电感LA使辅助开关管SA1实现零电流开通；辅助谐振电感LA被充电，辅助谐振电容CA2放电；当辅助谐振电感LA中的电流iLA＝IP时，达到t1时刻，流程2结束；IP为定值；
流程3[t1～t2]：t1时刻，关断开关管S1，实现开关管S1零电流关断；辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2继续谐振，当辅助谐振电感LA中的电流iLA经最大值再次达到IP时，达到t2时刻，流程3结束；
流程4[t2～t3]：t2时刻，辅助谐振电感LA、辅助谐振电容CA1和辅助谐振电容CA2谐振，当辅助谐振电容CA1两端的电压vCA1(t3)＝VDC，达到t3时刻，流程4结束；
流程5[t3～t4]：t3时刻，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2谐振，电流开始流过开关管S2和开关管S3中的体二极管，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t4)＝0，达到t4时刻，流程5结束；
流程6[t4～t5]：t4时刻，关断辅助开关管SA1，实现辅助开关管SA1的零电流关断；辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2的谐振电流开始流过辅助开关管SA1的体二极管；当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t4)再一次达到0时，达到t5时刻，流程6结束；
流程7[t5～t6]：t5时刻，辅助电路停止工作，高频逆变电路的输出端经开关管S2的体二极管和开关管S3的体二极管所在回路以及开关管S2的体二极管和开关管S4所在回路进行续流，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t6)≠0时，达到t6时刻，流程7结束；
流程8[t6～t7]：t6时刻，开通辅助开关管SA2，辅助谐振电感LA使辅助开关管SA2实现零电流开通，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2谐振，开关管S4导通，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t7)＝0，达到t7时刻，流程8结束；
流程9[t7～t8]：t7时刻，关断辅助开关管SA2，实现辅助开关管SA2的零电流关断，辅助谐振电感LA与辅助谐振电容CA2的谐振电流开始流过辅助开关管SA2的体二极管，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t8)＝IP，达到t8时刻，流程9结束；
流程10[t8～t9]：t8时刻，辅助谐振电感LA、辅助谐振电容CA1和辅助谐振电容CA2谐振，当辅助谐振电容CA1两端的电压vCA1(t9)＝0时，达到t9时刻，流程10结束；
流程11[t9～t10]：t9时刻，使开关管S1开通，实现开关管S1的零电压开通，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t10)＝IP，达到t10时刻，流程11结束；
流程12[t10～t11]：t10时刻，辅助谐振电感LA和辅助谐振电容CA2继续放电，辅助开关管SA2的体二极管经辅助谐振电容CA2和开关管S4所在的回路进行续流，当辅助谐振电感LA中的电流iLA(t11)＝0，辅助谐振电容CA2两端的电压vCA2(t11)＝V1时，达到t11时刻，流程12结束。
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