CN203827038U - 一种高效的电动汽车的无线充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效的电动汽车的无线充电电路，包括电动汽车车载电路与地下电路，其中地下电路包括第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路、初次侧第二谐振电路、AD转换模块电路、DSP控制电路和PWM驱动模块；第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路顺次连接，AD转换模块电路和PWM驱动模块均与DSP控制电路连接，初次侧第一谐振电路包括串联连接的电子电容电路和第一耦合电感的初次侧；电动汽车车载电路包括二次侧第一谐振电路、二次侧第二谐振电路、第二二极管全桥整流电路及车载电池。该实用新型可应用到电动汽车充电领域，改进无线充电设备，提高已有的充电效率。

Description

一种高效的电动汽车的无线充电电路

技术领域

本实用新型涉及无线充电电路技术领域，具体涉及一种高效的电动汽车的无线充电电路。 

背景技术

所谓无线充电，即在没有电缆的情况下，靠电磁场或其他的物质进行耦合，实现电能的无线传输，无线传输电能包括：耦合电感式、电磁谐振式和光耦合这三种常见的无线充电方式，其中电磁谐振式能达到比较高的效率，被广泛地应用到无线充电产业的各个领域。

电磁谐振式在充电效率的提高上，一直是国内专家们研究的一个重点方向，上述实用新型在一定程度上弥补了该种方法的一些不足，提高了无线充电的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种高效的电动汽车的无线充电电路，对车载蓄电池或车载电容电池进行充电。

本实用新型通过如下技术方案实现。

一种高效的电动汽车的无线充电电路，其包括：电动汽车车载电路与地下电路。地下电路包括第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路、初次侧第二谐振电路、AD转换模块电路、DSP控制电路和PWM驱动模块；第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路顺次连接，AD转换模块电路和PWM驱动模块均与DSP控制电路连接，初次侧第一谐振电路包括串联连接的电子电容电路和第一耦合电感的初次侧；电动汽车车载电路包括二次侧第一谐振电路、二次侧第二谐振电路、第二二极管全桥整流电路及车载电池，所述初次侧第二谐振电路与二次侧第二谐振电路耦合连接，二次侧第一谐振电路与第二二极管全桥整流电路、车载电池依次连接。

进一步地，第一二极管整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；第一二极管整流电路对市电进行整流，输出经过第一电容，第一电容两端的电压为端子AB间电压，端子AB与AD转换模块电路连接。

进一步地，高频逆变电路包括第一IGBT开关管、第二IGBT开关管、第三IGBT开关管和第四IGBT开关管；第一IGBT开关管的集电极、第二IGBT开关管的集电极与第一电容的正端相连，第一IGBT开关管的发射极与第三IGBT开关管的集电极相连，第二IGBT开关管的发射极与第四IGBT开关管的集电极相连，第三IGBT开关管的发射极、第四IGBT开关管的发射极与第一电容的负极相连；高频逆变电路对端子AB间电压进行逆变，产生高频交流电。

进一步地，电子电容电路包括第五IGBT开关管、第六IGBT开关管、第七IGBT开关管、第八IGBT开关管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管和第二电容；PWM驱动模块包括八路PWM驱动电路，其中第五IGBT开关管、第六IGBT开关管、第七IGBT开关管和第八IGBT开关管的门控极均接有一路PWM驱动电路，这四路PWM驱动电路的波形两两相同，第五IGBT开关管和第八IGBT开关管的门控极所接入的PWM波形相同，第六IGBT开关管和第七IGBT开关管的门控极所接入的PWM波形相同；第五IGBT开关管的集电极、第六IGBT开关管的集电极和第二电容的正端连接；第五IGBT开关管的发射极和第七IGBT开关管的集电极极接；第七IGBT开关管的发射极、第八IGBT开关管的发射极和第二电容的负端连接；第八IGBT开关管的集电极和第六IGBT开关管的发射极连接；第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管均反并联在第五IGBT开关管、第六IGBT开关管、第七IGBT开关管和第八IGBT开关管的两端；从第五IGBT开关管的发射极和第六IGBT开关管的发射极各引出一根线作为电子电容电路的两端。

进一步地，初次侧第一谐振电路的一端接在第一IGBT开关管的发射极，初次侧第一谐振电路的另一端接在第二IGBT开关管的发射极；第一耦合电感的初次侧流过正负交替的高频交变电流，将能量送到电动汽车车载电路的二次侧第一谐振电路；初次侧第二谐振电路包括串联连接的第二耦合电感的初次侧和第五电容，第五电容两端的电压为端子CD间的电压，用于监测车载电池上的电压的大小，实现闭环控制；端子CD与AD转换模块电路连接。

进一步地，AD转换模块电路是由一款精度较高的运算放大器组成的两个求和电路，将端子AB间电压和端子CD间电压转换到0—3.3V，供DSP控制电路的采样。

进一步地，DSP控制电路是由TMS320F2812芯片及外围电路组成的，AD转换模块电路输出的电压经过DSP控制电路的采样来产生八路未经驱动的PWM波形，八路未经驱动的PWM波形经过PWM驱动模块的八路PWM驱动电路后，分别送到指定IGBT开关管的门控极，即分别驱动第一IGBT开关管至第八IGBT开关管，控制各IGBT开关管的通断。

进一步地，电动汽车车载电路二次侧第一谐振电路包括串联的第一耦合电感的二次侧和第三电容；电动汽车车载电路的二次侧第二谐振电路包括串联的第二耦合电感的二次侧和第四电容，用于实时监测车载电池的充电电压大小。

进一步地，第二二极管全桥整流电路包括第九二极管、第十二极管、第十一二极管和第十二二极管；第二二极管全桥整流电路对第一谐振电路二次侧的电压进行整流，输出经过第四电容，得到的电压给车载电池供电。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：

本实用新型基于电磁共振和电子电容电路的等效原理，将电子电容电路等效为一个可变的电容，结构紧凑，能根据不同的车况，实时改变电路的谐振频率，提高充电效率。该电路不仅节约了经济成本，而且提高了充电效率，节约了电能，具有良好的市场前景和经济效益。 

附图说明

图1是无线充电系统的地下电路原理图。

图2是无线充电系统的车载电路原理图。

图3是无线充电的系统连接图。

       图4是基于普通电容的无线充电电路原理图。

 图5是基于普通电容和电子电容电路的无线充电效果的比较。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

如图3所示，一种高效的电动汽车无线充电电路，包括电动汽车车载电路与地下电路，其中地下电路包括第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路、初次侧第二谐振电路、AD转换模块电路、DSP控制电路（由TMS320F2812芯片及外围电路组成）和PWM驱动模块；第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路顺次连接，AD转换模块电路和PWM驱动模块均与DSP控制电路连接，初次侧第一谐振电路包括串联连接的电子电容电路和第一耦合电感的初次侧L1P；电动汽车车载电路包括二次侧第一谐振电路、二次侧第二谐振电路、第二二极管全桥整流电路及车载电池，所述初次侧第二谐振电路与二次侧第二谐振电路耦合连接，二次侧第一谐振电路与第二二极管全桥整流电路、车载电池依次连接。初次侧第一谐振电路和二次侧第一谐振电路用于能量的传送，实现无线充电；初次侧第二谐振电路包括第五电容C5和第二耦合电感的初次侧L2P；初次侧第二谐振电路和二次侧第二谐振电路用于车载电池两端电压的反馈，实时监测电动汽车的车载电池供电情况，以便DSP控制电路做出相应的调节。

图3中，第一二极管整流电路包括第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3和第四二极管VD4；第一二极管整流电路对市电进行整流，输出经过第一电容C1，第一电容C1两端的电压为端子AB间电压，端子AB与AD转换模块电路连接。

高频逆变电路包括第一IGBT开关管VT1、第二IGBT开关管VT2、第三IGBT开关管VT3和第四IGBT开关管VT4；第一IGBT开关管的集电极、第二IGBT开关管的集电极与第一电容的正端相连，第一IGBT开关管的发射极与第三IGBT开关管的集电极相连，第二IGBT开关管的发射极与第四IGBT开关管的集电极相连，第三IGBT开关管的发射极、第四IGBT开关管的发射极与第一电容的负极相连；高频逆变电路对端子AB间电压进行逆变，产生高频交流电。

电子电容电路包括第五IGBT开关管VT5、第六IGBT开关管VT6、第七IGBT开关管VT7、第八IGBT开关管VT8、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第七二极管VD7、第八二极管VD8和第二电容C2；PWM驱动模块包括八路PWM驱动电路，其中第五IGBT开关管、第六IGBT开关管、第七IGBT开关管和第八IGBT开关管的门控极均接有一路PWM驱动电路，这四路PWM驱动电路的波形两两相同，第五IGBT开关管和第八IGBT开关管的门控极所接入的PWM波形相同，第六IGBT开关管和第七IGBT开关管的门控极所接入的PWM波形相同；第五IGBT开关管的集电极、第六IGBT开关管的集电极和第二电容的正端连接；第五IGBT开关管的发射极和第七IGBT开关管的集电极极接；第七IGBT开关管的发射极、第八IGBT开关管的发射极和第二电容的负端连接；第八IGBT开关管的集电极和第六IGBT开关管的发射极连接；第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管均反并联在第五IGBT开关管、第六IGBT开关管、第七IGBT开关管和第八IGBT开关管的两端；从第五IGBT开关管的发射极和第六IGBT开关管的发射极各引出一根线作为电子电容电路的两端。

如图1，市电AC经过第一二极管整流电路，第一二极管整流电路包括第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3和第四二极管VD4，和第一电容C1稳压后，得到端子AB间的电压（第一电容两端的电压）。端子AB间的电压再经过高频逆变电路，高频逆变电路包括第一IGBT开关管VT1、第二IGBT开关管VT2、第三IGBT开关管VT3和第四IGBT开关管VT4，上述四个开关管由PWM1~PWM4控制，得到高频的交流电。高频的交流电经过初次侧第一谐振电路，初次侧第一谐振电路包括串联连接的电子电容电路和第一耦合电感的初次侧L1S。其中电子电容电路包括第五IGBT开关管VT5、第六IGBT开关管VT6、第七IGBT开关管VT7、第八IGBT开关管VT8、第五二极管VD5、第六二极管VD6、第七二极管VD7、第八二极管VD8和第二电容C2，上述四个开关管由PWM5~PWM8控制；基于电磁感应原理，电能从初次侧第一谐振电路传输到二次侧第一谐振电路；初次侧第二谐振电路用于实时反馈车载电池两端的电压，实现闭环控制。

如图2，电动汽车通过第一耦合电感二次侧L1S和第三电容组成的二次侧第一谐振电路接收地下电路传输回来的电能，经过第二二极管全桥整流电路和第四电容C4后，给车载电池供电，其中第二二极管全桥整流电路包括第九二极管VD1、第十二极管VD2、第十一二极管VD3和第十二二极管VD4；另一方面，二次侧第二谐振电路包括第四电容C4和第二耦合电感的二次侧L2S，用于车载电池两端的电压实时反馈。

图4是基于普通电容的无线充电电路原理图。将图3中的电子电容电路替换成一个普通值大小的第六电容C6，同样可以实现无线充电的效果，但是此时所选的第六电容C6，其应该在谐振所需电容的容值一个合适的邻域内取值，才能有较高效率的能量传输。

图5是基于普通电容和电子电容电路的无线充电效果的比较。设定高频逆变电路的输出交流电的频率为100KHz，取基于电子电容电路的无线充电电路中的第二电容C2的容值为1uF，同样取基于普通电容电路的无线充电电路中的第六电容C6的容值为1uF，在车载电路中的第三电容的值从0.1uF至10uF，充电效率对比得知，基于电子电容电路的无线充电电路能够在车载电路中第三电容值变化的情况下，始终保持一个相对较高的充电效率，更适合无线充电电路的设计。

Claims (9)

1.一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于包括：电动汽车车载电路与地下电路，其中地下电路包括第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路、初次侧第二谐振电路、AD转换模块电路、DSP控制电路和PWM驱动模块；第一二极管全桥整流电路、高频逆变电路、初次侧第一谐振电路顺次连接，AD转换模块电路和PWM驱动模块均与DSP控制电路连接，初次侧第一谐振电路包括串联连接的电子电容电路和第一耦合电感的初次侧(L1P)；电动汽车车载电路包括二次侧第一谐振电路、二次侧第二谐振电路、第二二极管全桥整流电路及车载电池，所述初次侧第二谐振电路与二次侧第二谐振电路耦合连接，二次侧第一谐振电路与第二二极管全桥整流电路、车载电池依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，第一二极管整流电路包括第一二极管（VD1）、第二二极管（VD2）、第三二极管（VD3）和第四二极管（VD4）；第一二极管整流电路对市电进行整流，输出经过第一电容（C1），第一电容（C1）两端的电压为端子AB间电压，端子AB与AD转换模块电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，高频逆变电路包括第一IGBT开关管（VT1）、第二IGBT开关管（VT2）、第三IGBT开关管（VT3）和第四IGBT开关管（VT4）；第一IGBT开关管的集电极、第二IGBT开关管的集电极与第一电容的正端相连，第一IGBT开关管的发射极与第三IGBT开关管的集电极相连，第二IGBT开关管的发射极与第四IGBT开关管的集电极相连，第三IGBT开关管的发射极、第四IGBT开关管的发射极与第一电容的负极相连；高频逆变电路对端子AB间电压进行逆变，产生高频交流电。

4.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，电子电容电路包括第五IGBT开关管（VT5）、第六IGBT开关管（VT6）、第七IGBT开关管（VT7）、第八IGBT开关管（VT8）、第五二极管（VD5）、第六二极管（VD6）、第七二极管（VD7）、第八二极管（VD8）和第二电容（C2）；PWM驱动模块包括八路PWM驱动电路，其中第五IGBT开关管、第六IGBT开关管、第七IGBT开关管和第八IGBT开关管的门控极均接有一路PWM驱动电路，这四路PWM驱动电路的波形两两相同，第五IGBT开关管和第八IGBT开关管的门控极所接入的PWM波形相同，第六IGBT开关管和第七IGBT开关管的门控极所接入的PWM波形相同；第五IGBT开关管的集电极、第六IGBT开关管的集电极和第二电容的正端连接；第五IGBT开关管的发射极和第七IGBT开关管的集电极极接；第七IGBT开关管的发射极、第八IGBT开关管的发射极和第二电容的负端连接；第八IGBT开关管的集电极和第六IGBT开关管的发射极连接；第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管均反并联在第五IGBT开关管、第六IGBT开关管、第七IGBT开关管和第八IGBT开关管的两端；从第五IGBT开关管的发射极和第六IGBT开关管的发射极各引出一根线作为电子电容电路的两端。

5.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，初次侧第一谐振电路的一端接在第一IGBT开关管的发射极，初次侧第一谐振电路的另一端接在第二IGBT开关管的发射极；第一耦合电感的初次侧(L1P)流过正负交替的高频交变电流，将能量送到电动汽车车载电路的二次侧第一谐振电路；初次侧第二谐振电路包括串联连接的第二耦合电感的初次侧(L2P)和第五电容，第五电容两端的电压为端子CD间的电压，用于监测车载电池上的电压的大小，实现闭环控制；端子CD与AD转换模块电路连接。

6.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，AD转换模块电路是由运算放大器组成的两个求和电路，将端子AB间电压和端子CD间电压转换到0—3.3V，供DSP控制电路的采样。

7.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，DSP控制电路是由TMS320F2812芯片及外围电路组成的，AD转换模块电路输出的电压经过DSP控制电路的采样来产生八路未经驱动的PWM波形，八路未经驱动的PWM波形经过PWM驱动模块的八路PWM驱动电路后，分别送到指定IGBT开关管的门控极，即分别驱动第一IGBT开关管至第八IGBT开关管，控制各IGBT开关管的通断。

8.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，电动汽车车载电路二次侧第一谐振电路包括串联的第一耦合电感的二次侧(L1S)和第三电容（C3）；电动汽车车载电路的二次侧第二谐振电路包括串联的第二耦合电感的二次侧(L2S)和第四电容（C4），用于实时监测车载电池的充电电压大小。

9.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车的无线充电电路，其特征在于，第二二极管全桥整流电路包括第九二极管（VD1）、第十二极管（VD2）、第十一二极管（VD3）和第十二二极管（VD4）；第二二极管全桥整流电路对第一谐振电路二次侧的电压进行整流，输出经过第四电容（C4），得到的电压给车载电池供电。