一种用于实现频率跟踪的电动汽车无线充电相位检测电路的制作方法

本发明涉及一种用于实现频率跟踪的电动汽车无线充电相位检测电路，属于电动汽车无线充电技术领域。

背景技术：

目前电动汽车无线充电方式一般是磁耦合谐振式无线充电方式，该充电方式利用电路谐振的原理传递能量，在电路谐振时回路中电流最大从而发射端与接收端线圈耦合最强，能量交换最强。

电动汽车无线充电系统涉及多级电力电子变换，其发射端涉及1个及以上谐振腔，谐振腔的无源器件由于批量生产时的加工工艺、原材料尺寸及材质的偏差，同时线圈在不同偏移工况下其自感量存在一定的参数误差，导致电动汽车无线充电系统发射端逆变主电路的开关频率与谐振频率不匹配，存在失谐使发射端效率降低的问题。

由于失谐时，逆变主电路的逆变电流和逆变电压之间存在相位差，目前通过锁相环频率跟踪电路实现对相位差的检测，并根据检测到的相位差，对逆变主电路的开关频率进行调整，使开关频率与谐振频率一致，提高发射端的效率。但是，现有的锁相环频率跟踪电路检测相位差时，不仅需要同时检测逆变电流和逆变电压，而且其电路结构较复杂、成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于实现频率跟踪的电动汽车无线充电相位检测电路，用以解决目前用来检测逆变主电路的逆变电流电压相位差的电路结构复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于实现频率跟踪的电动汽车无线充电相位检测电路，该相位检测电路包括：采样电路、采样调理电路、多路复用器和低通滤波器；

所述采样电路用于采集电动汽车无线充电发射端逆变主电路的逆变电流信号；

所述采样调理电路用于对所述逆变电流信号分别进行正向放大和反向放大，得到两路仅相位相差180°的输出信号作为多路复用器的两路输入信号；

所述多路复用器用于根据通道选择信号从其两路输入信号中选择一路作为输出信号，所述通道选择信号通过将逆变主电路超前桥臂的驱动信号滞后90°得到；

所述低通滤波器用于对多路复用器的输出信号进行低通滤波，得到相位检测信号。

本发明的有益效果是：本发明的电动汽车无线充电相位检测电路，检测逆变主电路的逆变电流与逆变电压的相位差时，只需采集逆变电流信号，不用采集逆变电压信号，与现有的锁相环频率跟踪电路相比，不仅省略了电压采样电路，而且不采用锁相环，电路结构简单，成本低。

为了更加灵敏地检测到逆变主电路的逆变电流与逆变电压的相位差，进一步地，该相位检测电路还包括相位检测调理电路，所述相位检测调理电路用于对所述相位检测信号进行差分放大，得到相位检测调理信号。

为了实现逆变主电路的开关频率与谐振频率同步，以提高电动汽车无线充电发射端的效率，进一步地，该相位检测电路还包括控制器，所述控制器用于根据所述相位检测信号生成所述逆变主电路的驱动信号，以使逆变主电路的开关频率与谐振频率一致。

为了实现逆变主电路的开关频率与谐振频率同步，以提高电动汽车无线充电发射端的效率，进一步地，该相位检测电路还包括控制器，所述控制器用于根据所述相位检测调理信号生成所述逆变主电路的驱动信号，以使逆变主电路的开关频率与谐振频率一致。

进一步地，所述采样电路为电流互感器采样电路、电流霍尔采样电路、或者分压电阻采样电路。

进一步地，所述采样调理电路包括一个正向放大器和一个反向放大器，两个放大器的放大倍数相同。

附图说明

图1是本发明的相位检测电路原理框图；

图2是本发明的相位检测电路的电路连接图；

图3是本发明的相位检测电路的典型波形图；

图4是基于本发明的相位检测电路的频率跟踪控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本实施例提供了一种相位检测电路，用于电动汽车无线充电系统中的发射端逆变电路中，对逆变电流进行相位检测，能够实现频率跟踪控制。如图1所示，该相位检测电路包括采样电路、采样调理电路、多路复用器、低通滤波器。

其中，采样电路用于采集电动汽车无线充电发射端逆变主电路的逆变电流信号is；本实施例中，采样电路为电流互感器采样电路，即通过采用逆变主回路串联电流互感器后并联采样电阻的方式实现逆变电流信号is的采集；作为其他实施方式，采样电路还可以为电流霍尔采样电路，即通过采用逆变主回路穿电流霍尔后并联采样电阻的方式实现逆变电流信号is的采集；或者采样电路还可以为分压电阻采样电路，即通过采用逆变主回路直接串联采样电阻的方式实现逆变电流信号is的采集。

采样调理电路用于对采集的逆变电流信号is分别进行正向放大和反向放大，得到两个仅相位相差180°的输出信号作为多路复用器的两路输入信号iinv1、iinv2；如图2所示，本实施例中，采样调理电路由一个正向放大器和一个反向放大器组成，具体地，正向放大器由电阻r1、r2与运算放大器u1a组成，其增益ga＝1+r2/r1，反向放大器由电阻r3、r4与运算放大器u1b组成，其增益ga＇＝-r4/r3，并且，1+r2/r1＝r4/r3。其中，正向放大器用于对逆变电流信号is进行正向放大得到多路复用器的一路输入信号iinv1：iinv1＝is×(1+r2/r1)＝ga×is，反向放大器用于对逆变电流信号is进行反向放大得到多路复用器的另一路输入信号iinv2：iinv2＝is×(-r4/r3)＝-ga×is。

多路复用器(例如opa875idr)用于根据通道选择信号从两路输入信号(即iinv1和iinv2)中选择一路作为输出信号is1；如图2所示，本实施例中，多路复用器的通道选择信号通过将逆变主电路超前桥臂的驱动信号滞后90°得到，此处将通道选择信号用pwm1信号表示，多路复用器根据pwm1信号的电平高低来选择输出信号，当pwm1信号为高电平时，输出信号is1＝iinv1；当pwm1信号为低电平时，输出信号is1＝iinv2，实现开关乘法。

低通滤波器用于对多路复用器的输出信号is1进行低通滤波，得到相位检测信号is2；如图2所示，本实施例中，低通滤波器由电阻r6、r7，电容c1、c2和运算放大器u2组成，其截止频率f0＝1/[2π×(r6×r7×c1×c2)^0.5]，其中，电阻和电容参数的选择要保证低通滤波器的截止频率远远小于逆变主电路的谐振频率。

其中，相位检测信号is2用来指示逆变主电路的逆变电流与逆变电压的相位差，表征逆变主电路的开关频率与谐振频率的匹配程度，具体如下：

(1)is2＝0，表示逆变电流与逆变电压同频同相；

(2)is2<0，表示逆变电流超前逆变电压相位，两者相位差满足0°<θ<-90°；

(3)is2>0，表示逆变电流滞后逆变电压相位，两者相位差满足0°<θ<90°。

如图1所示，本实施例中，为了提高逆变主电路的逆变电流与逆变电压的相位差的检测灵敏度，相位检测电路还包括相位检测调理电路，相位检测调理电路用于对相位检测信号is2进行差分放大，得到相位检测调理信号iso。如图2所示，本实施例中，相位检测调理电路为由电阻r8、r9、r10、r11和运算放大器u3组成的差分放大器，其中r8＝r9，r10＝r11，差分放大器的增益为gb＝r11/r9，相位检测调理信号iso＝(vref-is2)×r11/r9，其中基准参考信号vref的取值应使得vref±is2在控制器的模拟量输入要求范围内。

本实施例的相位检测电路的典型波形图如图3所示，从上至下依次为：逆变电流信号is，多路复用器的两路输入信号iinv1、iinv2，通道选择信号pwm1，多路复用器的输出信号is1，以及is1经低通滤波和差分放大后的相位检测调理信号iso。

如图1所示，本实施例中，为了实现逆变主电路的开关频率与谐振频率同步，以提高电动汽车无线充电发射端的效率，相位检测电路还包括控制器，在得到相位检测调理信号iso后，控制器根据iso与vref的大小关系生成逆变主电路的驱动信号，以对逆变主电路的开关频率进行调节，实现开关频率与谐振频率同步，即实现频率跟踪。频率跟踪控制方法如图4所示(以iso＝vref-is2为例)：

当iso＝vref时，表示逆变电流和逆变电压同频同相，此时频率跟踪完成，控制器输出固定驱动频率即可；

当iso>vref时，通过pi调节增加驱动频率(即增大逆变主电路的开关频率)，使iso逐渐接近于vref，从而实现开关频率与谐振频率的跟踪；

当iso<vref时，通过pi调节减小驱动频率(即降低逆变主电路的开关频率)，使iso逐渐接近于vref，从而实现开关频率与谐振频率的跟踪。

作为其他实施方式，还可以在得到相位检测信号is2后，即根据相位检测信号is2生成逆变主电路的驱动信号，以对逆变主电路的开关频率进行调节，使逆变电流与逆变电压的相位差逐渐减小，直至相位差接近于0°，实现逆变主电路的开关频率与谐振频率同步。具体地，当is2<0时，通过增大逆变主电路的开关频率减小相位差；当is2>0时，通过降低逆变主电路的开关频率减小相位差。

本实施例的相位检测电路，检测逆变主电路的逆变电流与逆变电压的相位差时，只需采集逆变电流信号，不用采集逆变电压信号，与现有的锁相环频率跟踪电路相比，不仅省略了电压采样电路，而且不采用锁相环，电路结构简单，成本低。另外，本实施例利用相位检测调理信号iso调节逆变主电路的开关频率，实现开关频率与谐振频率的跟踪，与利用相位检测信号is2相比，由于相位差的检测更加灵敏，则实现频率跟踪更加及时，能够更加快速地提高电动汽车无线充电发射端的效率。