一种接收端的相位校准电路、方法及接收端与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种接收端的相位校准电路、方法及接收端。

背景技术：

随着现代社会能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车作为新能源汽车一经推出便受到了各界的广泛关注。但现有电动汽车大多受到电池容量的限制，行驶里程较短，同时电动汽车的电池充电时间长、相应的充电站资源贫乏，成为制约电动汽车应用和普及的最大瓶颈。

电动汽车的电池充电方法通常包括：接触式充电和无线充电。其中，接触式充电采用插头与插座的金属接触来导电，无线充电是以耦合的电磁场为媒介实现电能的传递。与接触式充电相比，无线充电拥有众多优点，成为未来电动汽车充电的主流方式。

无线充电系统经历了利用直流变换电路调节输出功率的不调谐方法、利用电感及电容无源器件调节输出功率的无源调谐、利用可控开关管进行阻抗调节的发展过程。

阻抗调节是控制接收端的整流器的桥臂电压和整流器的输入电流同步，因此，需要检测整流器的输入电流的相位。但是，由于整流器的输入电流一般存在谐波或干扰信号，需要对检测的输入电流进行滤波处理。无论滤波处理是经过硬件滤波，还是软件滤波，都会造成滤波后的相位比滤波前的相位滞后。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种接收端的相位校准电路、方法及接收端，能够补偿由于滤波造成的相位滞后，进而使整流器的桥臂电压和整流器的输入电流保持准确的同步。

第一方面，本申请实施例提供一种接收端的相位校准电路，包括：相位测量电路和控制器；相位测量电路的第一输入端连接电流检测电路的输出端，相位测量电路的第二输入端连接滤波器的输出端；电流检测电路检测整流器的输入电流；滤波器对输入电流进行滤波，获得输入电流基波分量；相位检测电路获得输入电流与输入电流基波分量之间的相位差；控制器将预设移相角减去相位差的结果作为实际移相角，控制整流器的桥臂电压的相位比输入电流基波分量的相位滞后实际移相角。

该相位校准电路能够补偿由于滤波造成的相位滞后，进而使整流器的桥臂电压和整流器的输入电流保持准确的同步。在以输入电流的相位为基准，控制桥臂电压的相位时，需要将理论需要控制的桥臂电压和输入电流的预设移相角减去因为滤波延迟造成的相位差。以实现对滤波造成的相位差的补偿。控制器利用所述实际移相角输出整流器的可控开关管的驱动信号，由于补偿了由于滤波引起的滞后相位，因此可以提高桥臂电压和输入电流同步的精度。

相位测量电路可以为数字的，也可以为模拟的。例如当相位测量电路为数字鉴相器时；相位校准电路还包括：第一过零检测器和第二过零检测器；第一过零检测器的输入端连接所述滤波器的输出端，所述第二过零检测器的输入端连接所述电流检测电路的输出端；所述第一过零检测器的输出端连接所述数字鉴相器的第一输入端，所述第二过零检测器的输出端连接所述数字鉴相器的第二输入端；所述第一过零检测器，用于对所述输入电流基波分量进行过零检测获得第一方波；所述第二过零检测器，用于对所述输入电流进行过零检测获得第二方波；所述数字鉴相器，用于根据所述第一方波和第二方波获得所述输入电流与所述输入电流基波分量之间的相位差。。数字鉴相器可以直接获得两个方波信号的相位差，即获得数字信号形式的相位差，直接发给控制器。控制器可以直接该数字信号进行处理，节省了控制器的资源。

当相位测量电路为模拟鉴相器时，相位校准电路还包括：模数转换器；所述模拟鉴相器的第一输入端连接电流检测电路的输出端，所述模拟鉴相器的第二输入端连接滤波器的输出端；所述模数转换器，用于将所述模拟鉴相器输出的相位差进行模数转换，转换为数字信号形式的相位差。由于模拟鉴相器可以接收模拟信号，即可以直接处理正弦信号。因此不需要过零检测器进行过零检测获得方波信号。

优选地，模数转换器和控制器集成在一起。即控制器可以自带模数转换器。

优选地，所述整流器为全桥整流器，所述全桥整流器包括四个可控开关管；所述桥臂电压为所述全桥整流器的超前桥臂中点和滞后桥臂中点之间的电压。所述整流器为半桥整流器，所述半桥整流器包括两个可控开关管；所述桥臂电压为所述半桥整流器的桥臂中点与地之间的电压。

优选地，所述预设移相角为0，或，所述预设移相角为大于0的固定预设值。

第二方面，本申请实施例提供一种接收端的相位校准方法，应用于以上所述的相位校准电路，包括：检测整流器的输入电流；对所述整流器的输入电流进行滤波获得输入电流基波分量；获得所述输入电流和所述输入电流基波分量之间的相位差；将预设移相角减去所述相位差的结果作为实际移相角，控制所述整流器的桥臂电压的相位比所述输入电流基波分量的相位滞后所述实际移相角。

该方法能够补偿由于滤波造成的相位滞后，进而使整流器的桥臂电压和整流器的输入电流保持准确的同步。在以输入电流的相位为基准，控制桥臂电压的相位时，需要将理论需要控制的桥臂电压和输入电流的预设移相角减去因为滤波延迟造成的相位差。以实现对滤波造成的相位差的补偿。利用所述实际移相角输出整流器的可控开关管的驱动信号，由于补偿了由于滤波引起的滞后相位，因此可以提高桥臂电压和输入电流同步的精度。

第三方面，本申请实施例还提供一种接收端，包括：接收线圈、整流器和以上的相位校准电路；接收线圈接收发射线圈发射的电磁能量并输出交流电；整流器将交流电整流为直流电；相位校准电路根据整流器的输入电流滤波前和滤波后的相位差对所述整流器的桥臂电压的相位进行校准。

该接收端可以应用于无线充电系统，其中无线充电系统可以为电动汽车充电，而接收端可以位于电动汽车上，为电动汽车上的动力电池组进行充电。

其中，所述整流器为全桥整流器或半桥整流器。当整流器为全桥整流器时可以包括四个可控开关管，也可以只包括两个可控开关管。当整流器为半桥整流器时，包括的两个开关管均为可控开关管。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

能够补偿由于滤波造成的相位滞后，进而使整流器的桥臂电压和整流器的输入电流保持准确的同步。具体为：由于滤波后的相位比输入电流的实际相位有所滞后，而且在控制中一般使桥臂电压的相位也滞后输入电流的相位，当然桥臂电压的相位也可以与输入电流的相位相同。因此，在以输入电流的相位为基准，控制桥臂电压的相位时，需要将理论需要控制的桥臂电压和输入电流的预设移相角减去因为滤波延迟造成的相位差。以实现对滤波造成的相位差的补偿。控制器利用所述实际移相角输出整流器的可控开关管的驱动信号，由于补偿了由于滤波引起的滞后相位，因此可以提高桥臂电压和输入电流同步的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种无线充电系统的等效电路图；

图2为本申请实施例提供的一种相位校准电路示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种相位校准电路示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种相位校准电路示意图；

图5为本申请实施例提供的再一种相位校准电路示意图；

图6为本申请实施例提供的相位校准波形图；

图7为本申请实施例提供的整流器为全桥的一种示意图；

图8为本申请实施例提供的整流器为全桥的另一种示意图；

图9为本申请实施例提供的整流器为半桥整流器的示意图；

图10为本申请实施例提供的相位校准方法流程图；

图11为本申请实施例提供的无线充电系统的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先介绍本申请实施例的应用场景。

参见图1，该图为一种无线充电系统的等效电路图。

无线充电系统包括发射端和接收端，其中发射端包括：逆变器、补偿电路100和发射线圈ct，其中逆变器包括q1-q4四个开关管。

接收端包括：接收线圈cr、补偿电路200和整流器，整流器包括s1-s4四个开关管。

一般发射端和接收端之间通过无线进行电磁能量的传递，即发射端发射电磁能量，接收端通过无线通讯方式接收发射端发射的电磁能量。

阻抗调节时需要对接收端的整流器进行控制，控制整流器的桥臂电压与整流器的输入电流i同步。整流器可以为全桥整流器，可以为半桥整流器，图1所示的为全桥整流器，即包括四个开关管，此时整流器的桥臂电压是指整流器的两个桥臂的中点之间的电压，即图中的u2。当整流器为半桥整流器时，桥臂电压是指整流器的桥臂中点与地之间的电压。

其中，整流器的桥臂电压与整流器的输入电流保持同步是指两者的周期或频率相同。在使桥臂电压和输入电流保持周期同步的过程中，两者可以保持固定的相位差，该固定的相位差可以为0，也可以为大于0的预设固定值。

如果使两者的周期或频率相同，则需要获得整流器的输入电流的相位，进而获得输入电流的周期，使桥臂电压跟随输入电流的周期。

但是，检测整流器的输入电流的相位时，由于整流器的输入电流一般存在谐波或干扰信号，需要对检测的输入电流进行滤波处理。无论滤波处理是经过硬件滤波，还是软件滤波，都会造成滤波后的相位比滤波前的相位滞后。

因此，本申请实施例提供的相位校准电路、方法及系统，能够补偿由于滤波造成的相位滞后，进而使整流器的桥臂电压和整流器的输入电流保持准确的同步。具体为：由于滤波后的相位比输入电流的实际相位有所滞后，而且在控制中一般使桥臂电压的相位也滞后输入电流的相位，当然桥臂电压的相位也可以与输入电流的相位相同。因此，在以输入电流的相位为基准，控制桥臂电压的相位时，需要将理论需要控制的桥臂电压和输入电流的预设移相角减去因为滤波延迟造成的相位差。以实现对滤波造成的相位差的补偿。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

校准电路实施例一：

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种相位校准电路示意图。

本实施例中以整流器为全桥整流器为例进行介绍，如图2所示，整流器包括可控开关管s1-s4。整流器的桥臂电压为u2。

本实施例提供的阻抗调节相位校准电路，包括：相位测量电路300和控制器400；

相位测量电路300的第一输入端连接电流检测电路500的输出端，相位测量电路300的第二输入端连接滤波器600的输出端；

电流检测电路500检测整流器的输入电流；

其中，本申请实施例中不限定电流检测电路500的具体实现方式，例如可以为：

霍尔传感器或电流互感器ct。

滤波器600对所述输入电流进行滤波，获得输入电流基波分量；

滤波器600的作用主要是滤除输入电流中的高次谐波，保留输入电流基波分量。

滤波器600可以使用比较成熟的滤波电路。

所述相位检测电路300获得所述输入电流与所述输入电流基波分量之间的相位差。

其中，相位检测电路300可以使用鉴相器来实现，也可以使用基本电路器件搭建的电路来实现，主要作用是获得两个输入信号之间的相位差。

控制器400将预设移相角减去所述相位差的结果作为实际移相角，控制所述整流器的桥臂电压的相位比所述输入电流基波分量的相位滞后所述实际移相角。

为了方便表述，下面以预设移相角用δ表示，相位差用β表示进行介绍。

由于滤波器对输入电流的相位造成延迟，因此，控制器在生成整流器的可控开关管的驱动信号时需要补偿因为延迟造成的相位差。整流器的桥臂电压与整流器的输入电流保持同步，是指与滤波前的输入电流保持同步。

整流器的输入电流滤波前是包含谐波的正弦信号，滤波后变为正弦信号，但是滤波后的正弦信号比滤波前的正弦信号的相位滞后相位差β。

如果整流器的桥臂电压与整流器的输入电流的预设移相角为δ，则实际需要控制桥臂电压对输入电流基波分量的移相角为δ-β。

其中，预设移相角δ为预设值，可以为0，也可以为固定预设值。

本实施例提供的校准电路，获得滤波前整流器的输入电流和滤波前后的输入电流，从而获得滤波前和滤波后的输入电流的相位差，由于该相位差是滤波环节造成，因此，需要在后续控制对该相位差进行补偿。本实施例中控制器将预设移相角减去所述相位差的结果作为实际移相角，控制所述整流器的桥臂电压的相位比所述输入电流基波分量的相位滞后所述实际移相角。控制器利用所述实际移相角输出整流器的可控开关管的驱动信号，由于补偿了由于滤波引起的滞后相位，因此可以提高桥臂电压和输入电流同步的精度。

校准电路实施例二：

参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种相位校准电路示意图。

本实施例提供的相位校准电路中，相位测量电路可以为数字鉴相器301；

相位校准电路还包括：第一过零检测器700和第二过零检测器800；

第一过零检测器700的输入端连接所述滤波器600的输出端，所述第二过零检测器800的输入端连接所述电流检测电路500的输出端；所述第一过零检测器700的输出端连接所述数字鉴相器301的第一输入端，所述第二过零检测器800的输出端连接所述数字鉴相器301的第二输入端；

第一过零检测器700，用于对所述输入电流基波分量进行过零检测获得第一方波；

第二过零检测器800，用于对所述输入电流进行过零检测获得第二方波。

电流检测电路500输出的为带有谐波的正弦信号，滤波器600输出的为正弦信号。当相位测量电路采用数字鉴相器301时，只能处理数字信号，因此，需要将正弦信号对应的模拟信号转换为数字信号，因此，本申请实施例中利用过零检测器，将正弦信号转换为同相位同周期的方波信号。由于方波信号属于数字信号，因此，可以被数字鉴相器301直接处理。

所述数字鉴相器301，用于根据所述第一方波和第二方波获得所述输入电流与所述输入电流基波分量之间的相位差。

数字鉴相器301可以获得两个方波信号之间的相位差，该相位差为滤波器造成的输入电流的相位差。

本实施例中利用数字鉴相器301来获得滤波前和滤波后的相位差，由于数字鉴相器301接收的信号需要为数字信号，无法处理模拟信号，因此需要第一过零检测器700和第二过零检测器800分别进行过零检测，将正弦信号转换为方波信号。数字鉴相器301可以直接获得两个方波信号的相位差，即获得数字信号形式的相位差，直接发给控制器400。控制器400可以直接该数字信号进行处理，节省了控制器400的资源。

本实施例其余部分与相位校准电路实施例一相同，在此不再赘述。

以上校准电路实施例二是以相位测量电路为数字鉴相器为例进行的介绍，下面介绍相位测量电路为模拟鉴相器的实现方式。

相位校准电路实施例三：

参见图4，该图为本申请实施例提供的又一种相位校准电路示意图。

本实施例提供的相位校准电路，所述相位测量电路为模拟鉴相器302；

所述相位校准电路还包括：模数转换器401；

所述模拟鉴相器302的第一输入端连接所述电流检测电路500的输出端，所述模拟鉴相器302的第二输入端连接所述滤波器600的输出端；

所述模数转换器401，用于将所述模拟鉴相器302输出的相位差进行模数转换，转换为数字信号形式的相位差发送给所述控制器400。

控制器400对所述数字信号形式的相位差进行处理。

本实施例提供的相位校准电路，利用模拟鉴相器302获得滤波前和滤波后的输入电流的相位差，由于模拟鉴相器302可以接收模拟信号，即可以直接处理正弦信号。因此不需要过零检测器进行过零检测获得方波信号。由于模拟鉴相器302输出的为模拟信号形式的相位差，因此需要模数转换器转换为数字信号形式的相位差，控制器400才可以直接处理。

可以理解的是，模数转换器401可以与控制器400集成在一起，即控制器400内部集成模数转换器401，具体可以参见图5所示的电路图。

为了使本领域技术人员更直观地理解本申请实施例提供的技术方案，下面结合图3对应的波形图进行详细说明。

参见图6，该图为本申请实施例提供的相位校准波形图。

从图6可以看出，整流器的输入电流i的波形对应滤波前和滤波后的波形，均为正弦波，其中实线表示滤波前的输入电流，虚线表示滤波后的输入电流。

第一过零检测器输出的方波对应的是i滤波前的正弦信号经过过零检测得到的方波信号，第二过零检测器输出的方波对应的是i滤波后的正弦信号经过过零检测得到的方波信号。

从图中可以看出，i滤波后比i滤波前的相位滞后的相位差为β，即第一过零检测器和第二过零检测器输出的信号的相位差为β。

如果期望桥臂电压和输入电流的移相角为预设移相角δ，如果以滤波后的输入电流基波分量的相位为基准，控制桥臂电压比滤波后的输入电流基波相位滞后δ，则得到的桥臂电压比实际的输入电流基波分量的相位滞后的相位差为δ+β。因此，为了得到桥臂电压与输入电流基波分量的相位的移相角为δ，应该以滤波前的输入电流的相位为基准，因此，需要将滤波后的输入电流基波分量的相位进行补偿，因此，需要将预设移相角δ减去由于滤波引起的相位差β作为实际控制驱动信号的移相角，这样实际得到的桥臂电压的相位比实际输入电流基波分量的相位滞后δ。

以上实施例均是以整流器为全桥整流器，而且全桥整流器的四个开关管均为可控开关管为例进行的介绍。下面结合附图介绍整流器的其他实现方式。例如，整流器为全桥整流器时，可以包括两个可控开关管和两个二极管。下面结合附图进行详细介绍。

参见图7，该图为本申请实施例提供的整流器包括两个可控开关管的示意图。

如图7所示，整流器的两个桥臂上均包括一个可控开关管和一个二极管。例如超前桥臂包括第一二极管d1和第一可控开关管s3，滞后桥臂包括第二二极管d2和第二可控开关管d4。

图7中两个二极管和两个可控开关管的位置可以互换。

参见图8，该图为本申请实施例提供的整流器包括两个可控开关管的另一种示意图。

图8所示的整流器也包括两个二极管和两个可控开关管。

其中一个桥臂包括两个二极管d1和d3，另一个桥臂包括两个可控开关管s2和s4。

可以理解的是，两个桥臂上的开关管可以互换位置。

以上介绍的是全桥整流器，下面介绍半桥整流器。全桥整流器的桥臂电压是指两个桥臂中点之间的电压。半桥整流器的桥臂电压是指桥臂中点与地之间的电压。

参见图9，该图为本申请实施例提供的整流器为半桥整流器的示意图。

半桥整流器的两个开关管均为可控开关管，如图9所示的s1和s3。

本申请实施例中不具体限定整流器的具体实现形式，本领域技术人员可以根据实际产品需要来选择。

方法实施例：

基于以上实施例提供的相位校准电路，本申请实施例还提供一种相位校准方法，下面结合附图进行详细介绍。

参见图10，该图为本申请实施例提供的接收端的相位校准方法流程图。

本实施例提供的相位校准方法，应用于以上任意一个实施例提供的相位校准电路，包括以下步骤：

s101：检测整流器的输入电流；

具体可以通过电流传感器来检测，本申请实施例中不具体限定电流传感器的类型，例如可以为霍尔传感器，也可以为电流互感器。

s102：对整流器的输入电流进行滤波获得输入电流基波分量；

由于直接检测的输入电流含有谐波分量，因此需要滤除谐波分量，获得输入电流基波分量，后续处理对象为输入电流基波分量。

s103：获得所述输入电流和所述输入电流基波分量之间的相位差；

由于滤波环节会造成相位延迟，为了在后续步骤中对该延迟造成的相位差进行补偿，因此需要获得该相位差。

s104：将预设移相角减去所述相位差的结果作为实际移相角，控制所述整流器的桥臂电压的相位比所述输入电流基波分量的相位滞后所述实际移相角。

获得滤波前整流器的输入电流和滤波前后的输入电流，从而获得滤波前和滤波后的输入电流的相位差，由于该相位差是滤波环节造成，因此，需要在后续控制对该相位差进行补偿。本实施例中控制器将预设移相角减去所述相位差的结果作为实际移相角，控制所述整流器的桥臂电压的相位比所述输入电流基波分量的相位滞后所述实际移相角。控制器利用所述实际移相角输出整流器的可控开关管的驱动信号，由于补偿了由于滤波引起的滞后相位，因此可以提高桥臂电压和输入电流同步的精度。

接收端实施例：

基于以上实施例提供的一种相位校准电路及方法，本申请实施例还提供一种无线充电系统的接收端，下面结合附图进行详细介绍。

参见图11，该图为本申请实施例提供的无线充电系统的示意图。

可以理解的是，无线充电系统可以应用于在需要无线充电的各个领域，例如电动汽车领域，接收端可以位于电动汽车上，作为车载终端使用。而无线充电系统的发射端可以位于地面，发射端通过无线方式为电动汽车进行充电。具体为发射端的发射线圈发射交变磁场，接收端的接收线圈接收交变磁场，从而完成电磁能量的交互。

如图11所示，本实施例提供的无线充电系统包括接收端和发射端，其中接收端包括逆变器、第一补偿电路100和发射线圈ct。其中逆变器包括四个可控开关管q1-q4。

接收端包括：接收线圈cr、第二补偿电路200、整流器和以上任一实施例介绍的相位校准电路1000；其中整流器以包括四个可控开关管s1-s4的全桥整流器为例进行介绍。

其中，接收线圈cr接收发射线圈ct发射的电磁能量并输出交流电；

整流器将所述交流电整流为直流电为用电设备供电；例如在电动汽车领域，整流器的负载可以为电动汽车上的动力电池。

本实施例中相位校准电路1000可以根据所述整流器的输入电流滤波前和滤波后的相位差对所述整流器的桥臂电压的相位进行校准。

整流器除了为图11所示的全桥整流器以外，还可以为半桥整流器。

本实施例提供的接收端，获得滤波前整流器的输入电流和滤波前后的输入电流，从而获得滤波前和滤波后的输入电流的相位差，由于该相位差是滤波环节造成，因此，需要在后续控制对该相位差进行补偿。本实施例中将预设移相角减去所述相位差的结果作为实际移相角，控制所述整流器的桥臂电压的相位比所述输入电流基波分量的相位滞后所述实际移相角。控制器利用所述实际移相角输出整流器的可控开关管的驱动信号，由于补偿了由于滤波引起的滞后相位，因此可以提高整流器的桥臂电压和输入电流同步的精度。

本申请实施例还提供一种包括以上实施例介绍的接收端的无线充电系统。该无线充电系统可以用于电动汽车领域。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。