一种无线充电系统输出能量控制电路及控制方法与流程

本发明涉及无线充电领域，特别是涉及一种无线充电系统输出能量控制电路及控制方法。

背景技术：

目前，对于无线充电的能量控制而言，比较常见的一种控制方式是在原边高频交流变换器之前串联dc/dc变换器，通过调整高频逆变器的输入电压，从而调节系统的输出功率。但是由于在原边高频交流变换器之前串联dc/dc变换器，额外增加了系统中变换器的级数，导致电路中的无功功率增大，降低了整体系统可靠性。此外当负载端出现短路或者开路时，电路中的器件会因过流或过压而毁坏。现有技术中是在副边增加短路保护电路或开路保护电路，此方法会增加电路的复杂度，降低整体系统的可靠性。

在实际应用的过程中，由于无线充电系统的原、副边无直接的线路连接，因而原、副边控制器之间的通讯通常采用无线通讯的方式。无线通讯的方式不可避免地存在稳定性差、传输速度慢等缺陷。且由于负载处于副边，因而原边串联dc/dc变换器的控制方式需要与副边进行无线通讯才能进行信息交流与反馈从而实现控制与调节，此通讯方法稳定性差、响应时间慢；此外，对于在副边增加开路保护电路或是短路保护电路的方法，需要原边控制器对信息进行判断并进行控制才能实现开路保护或是短路保护，那么由于无线通讯的固有缺陷会导致实现开路保护或是短路保护所需的时间大大延长，进一步降低了整体系统的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无线充电系统输出能量控制电路及控制方法，在实现对副边的输出能量更好的控制以及对电路保护的同时提高系统的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无线充电系统输出能量控制电路，包括原边电路、副边电路、磁耦合器、负载；

所述原边电路与所述副边电路通过所述磁耦合器连接，所述副边电路与所述负载连接；

所述原边电路包括顺次连接的交流电源、ac/dc整流变换器、高频dc/ac逆变器以及原边补偿电路；

所述副边电路包括顺次连接的副边补偿电路、高频ac/dc整流器；

所述高频ac/dc整流器包括第一二极管、第二二极管、第一开关器件和第二开关器件；所述第一二极管的正极分别与所述副边补偿电路的第一连接端以及所述第一开关器件的一端连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二二极管的负极以及负载的正极连接，所述第二二极管的正极分别与所述副边补偿电路的第二连接端以及第二开关器件的一端连接；所述第一开关器件的另一端分别与所述第二开关器件的另一端以及所述负载的负极连接。

可选的，所述交流电源的正极与所述ac/dc整流变换器的第一输入端连接，所述ac/dc整流变换器的第一输出端与所述高频dc/ac逆变器的第一输入端连接，所述高频dc/ac逆变器的第一输出端与所述原边补偿电路的第一输入端连接，所述原边补偿电路的第一输出端以及第二输入端分别与所述磁耦合器连接，所述原边补偿电路的第二输出端与所述高频dc/ac逆变器的第二输入端连接，所述高频dc/ac逆变器的第二输出端与所述ac/dc整流变换器的第二输入端连接，所述ac/dc整流变换器的第二输出端与所述交流电源的负极连接。

可选的，所述ac/dc整流变换器用于将所述交流电源提供的工频交流电压转变为中间级直流电压；所述高频dc/ac逆变器用于将所述中间级直流电压转变为高频交流电压。

可选的，所述ac/dc整流变换器为全桥整流电路。

可选的，所述ac/dc整流变换器为半桥整流电路。

可选的，所述第一开关器件和所述第二开关器件为常闭型功率半导体开关器件。

本发明还提供了一种无线充电系统输出能量控制方法，所述控制方法应用于上述的控制电路中，所述方法包括：

获取负载所需的功率；

根据所述负载所需的功率计算第一开关器件的占空比以及第二开关器件的占空比；

根据所述第一开关器件的占空比控制所述第一开关器件的闭合，以及根据所述第二开关器件的占空比控制所述第二开关器件的闭合；

当负载处于开路状态时，控制第一开关器件和第二开关器件均闭合；

当负载处于短路状态时，控制第一开关器件和第二开关器件均断开。

可选的，所述根据所述负载所需的功率计算第一开关器件的占空比以及第二开关器件的占空比，具体包括：

获取所述负载所需的功率分别与所述第一开关器件的占空比以及所述第二开关器件的占空比的函数关系；

根据所述函数关系计算所述第一开关器件的占空比以及所述第二开关器件的占空比。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明提供的电路采用第一开关器件和第二开关器件代替了原有的副边高频ac/dc整流器的两个下桥臂，本发明在不额外增加电路中变换器的级数的情况下，通过对第一开关器件和第二开关器件的控制，就能够实现对副边的输出能量更好的控制，实现对电路的短路或开路保护，且能够提高系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无线充电系统输出能量控制电路的电路连接图；

图2为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态一的电路图；

图3为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态二的电路图；

图4为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态三的电路图；

图5为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态四的电路图。

1-原边电路、2-副边电路、3-磁耦合器、4-负载、11-交流电源、12-ac/dc整流变换器、13-高频dc/ac逆变器、14-原边补偿电路、21-副边补偿电路、22-高频ac/dc整流器、221-第一二极管、222-第二二极管、223-第一开关器件、224-第二开关器件。

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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种无线充电系统输出能量控制电路及控制方法，在实现对副边的输出能量更好的控制以及对电路保护的同时提高系统的可靠性。本发明电路包括原边电路1、副边电路2、磁耦合器3、负载4。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的无线充电系统输出能量控制电路的电路连接图。如图1所示，原边电路1与副边电路2通过磁耦合器3连接，副边电路2与负载4连接。

所述原边电路1包括顺次连接的交流电源11、ac/dc整流变换器12、高频dc/ac逆变器13以及原边补偿电路14。交流电源11为电路提供220v/50hz或220v/50hz的工频交流电压，ac/dc整流变换器12为全桥整流电路或半桥整流电路，主要是用于将所述交流电源11提供的工频交流电压转变为中间级直流电压；高频dc/ac逆变器13用于将中间级直流电压逆变为高频交流电压，以提高能量传输的能力和效率；原边补偿电路14可以有效地降低高频dc/ac逆变器13的视在功率的等级要求以及回路中的无功功率。

所述交流电源11的正极与所述ac/dc整流变换器12的第一输入端连接，所述ac/dc整流变换器12的第一输出端与所述高频dc/ac逆变器13的第一输入端连接，所述高频dc/ac逆变器13的第一输出端与所述原边补偿电路14的第一输入端连接，所述原边补偿电路14的第一输出端以及第二输入端分别与所述磁耦合器3连接，所述原边补偿电路14的第二输出端与所述高频dc/ac逆变器13的第二输入端连接，所述高频dc/ac逆变器13的第二输出端与所述ac/dc整流变换器12的第二输入端连接，所述ac/dc整流变换器12的第二输出端与所述交流电源11的负极连接。

所述副边电路2包括顺次连接的副边补偿电路21、高频ac/dc整流器22。副边补偿电路21同样能够降低回路中的无功功率，提高系统的可靠性；高频ac/dc整流器22将副边电路2感应到的高频交流转化为直流，因为无线充电系统的负载4一般为直流的电池组，因此必须转化为直流才能给负载4充电。

所述高频ac/dc整流器22包括第一二极管221、第二二极管222、第一开关器件223和第二开关器件224；所述第一二极管221的正极分别与所述副边补偿电路21的第一连接端以及所述第一开关器件223的一端连接，所述第一二极管221的负极分别与所述第二二极管222的负极以及负载的正极连接，所述第二二极管222的正极分别与所述副边补偿电路21的第二连接端以及第二开关器件224的一端连接；所述第一开关器件223的另一端分别与所述第二开关器件224的另一端以及所述负载4的负极连接。所述第一开关器件223和所述第二开关器件224为常闭型功率半导体开关器件。

图2为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态一的电路图。如图2所示，第一开关器件223断开，第二开关器件224开通，高频ac/dc整流器22处于状态一，此时第一二极管221导通，第二二极管222截止，电流从a点流入，b点流出，高频ac/dc整流器22输出的能量可以正常输出到负载4。

图3为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态二的电路图。如图3所示，第一开关器件223开通，第二开关器件224断开，高频ac/dc整流器22处于状态二，此时第一二极管221截止，第二二极管222导通，电流从b点流入，a点流出，高频ac/dc整流器22输出的能量可以正常输出到负载4。

图4为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态三的电路图，图5为本发明实施例提供的高频ac/dc整流器处于状态四的电路图。

如图4所示，第一开关器件223以及第二开关器件224均开通，高频ac/dc整流器22处于状态三即短路状态，副边电路2的能量无法输出到负载4。如图5所示，第一开关器件223以及第二开关器件224均断开，高频ac/dc整流器22处于状态四即开路状态，副边电路2的能量无法输出到负载4。

对于高频ac/dc整流器22处于状态三以及状态四的情况，本发明还提供了一种无线充电系统输出能量控制方法，所述控制方法应用于上述的控制电路中，所述方法包括：

获取负载4所需的功率；

根据所述负载4所需的功率计算第一开关器件223的占空比以及第二开关器件224的占空比；

具体的，获取所述负载4所需的功率分别与所述第一开关器件223的占空比以及所述第二开关器件224的占空比的函数关系；根据所述函数关系计算所述第一开关器件223的占空比以及所述第二开关器件224的占空比。

根据所述第一开关器件223的占空比控制所述第一开关器件223的闭合，以及根据所述第二开关器件224的占空比控制所述第二开关器件224的闭合；

具体的，当ac/dc整流器22处于状态三时，调节第一开关器件223和第二开关器件224的闭合，可以调节一个周期内状态一、状态二以及状态三所占的比例，可以调节一个周期内输出的平均电流，从而实现对系统的输出能量的控制。当ac/dc整流器22处于状态四时，调节第一开关器件223和第二开关器件224的闭合，可以调节一个周期内状态一、状态二以及状态四所占的比例，可以调节一个周期内输出的平均电流，从而实现对系统的输出能量的控制。

此外，对于输出呈电流源特性的电路，原边电路1的输入电流只与副边电路2的输出电压有关，与原边电路1的输入电压无关。当负载4处于开路状态时，由于副边电路2的输出电压不为零，因此原边电路1的输入电流也不为零，即原边电路1的能量会持续不断地输入到副边电路2中，由于负载4处于开路状态，副边电路2接收到的能量无法输出发到负载4，那么副边电路2中的能量累积会导致电路中电压不断升高，从而导致器件因过压而毁坏。遇到此种情况，只需控制第一开关器件223以及第二开关器件224均开通，使ac/dc整流器22处于短路状态，此时，副边电路2的输出电压为零，因此原边电路1的输入电流也为零，那么就不会有能量持续注入到系统中，整个系统中的能量只是在线圈和补偿电路中来回谐振，既没有能量的注入，也没有能量的输出，因此这是一个稳定的系统。虽然此时的能量仍无法输出到负载4，但是此时能量也不会不断注入到副边电路2中，因此不会造成器件因过压而毁坏。

对于输出呈电压源特性的电路，原边电路1的输入电压只与副边电路2的输出电流有关，与原边电路1的输入电流无关。当负载4处于短路状态时，由于副边电路2的输出电流不为零，因此原边电路1的输入电压也不为零，即原边电路1的能量会持续不断地输入到副边电路2中，由于负载4处于短路状态，副边电路2接收到的能量无法输出发到负载4，副边电路2中的能量累积会导致电路中电流不断升高，从而导致器件因过流而毁坏。遇到此种情况，只需控制第一开关器件223以及第二开关器件224均断开，使ac/dc整流器22处于开路状态，此时，副边电路2的输出电流为零，因此原边电路1的输入电压也为零，那么就不会有能量持续注入到系统中。整个系统中的能量只是在线圈和补偿电路中来回谐振，既没有能量的注入，也没有能量的输出，因此这是一个稳定的系统。虽然此时能量仍旧无法输出到负载4，但是此时能量也不会不断注入到副边电路2中，因此也不会造成器件因过流而毁坏。

本发明提供的电路采用第一开关器件223和第二开关器件224代替了原有的高频ac/dc22整流器的两个下桥臂，本发明在不额外增加电路中变换器的级数的情况下，通过对第一开关器件223和第二开关器件224的控制，就能够实现对副边的输出能量更好的控制，实现对电路的短路或开路保护。并且本发明可以在原、副边之间不进行无线通讯的条件下，仅通过对第一开关器件223和第二开关器件224的控制，副边电路就可以独立地完成输出能量控制的功能和电路保护的功能，解决了副边输出能量控制方案高度依赖原、副边的无线通讯系统进行信息交流与反馈后才能进行控制与调节的问题，进一步提升了系统可靠性，加快了响应时间。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。