降压整流电路和无线充电控制单元的制作方法

本发明涉工业控制领域，特别是涉及一种连接于无线充电被充电感应线圈和被充电蓄电设备（ba）之间的降压整流电路。本发明还涉及一种具有所述降压整流电路的无线充电控制单元。

背景技术：

近年来新能源汽车发展迅速，越来越多的人开始选择接受电动汽车这种环保的出行方式。同时也被许多汽车厂家认为是未来汽车发展的方向，而且都投入了大笔资金进行研发。不过，由于充电问题的现实阻碍，一直以来还没有得到充分推广。目前，电动车最重要的部分莫过于电池和充电设备，由于技术瓶颈，短时间内它们只能使用锂电池，所以无线（感应）充电系统变成了另一个研发重点。与有线充电系统相比，无线充电有多种优势，能够顺应新能源汽车未来的发展趋势。无线充电主要应用场景为自动驾驶，包括但不限于自动驾驶汽车，大巴，物流车，扫地机器人等等。传统插座式充电方式，需要人工进行连接充电插头。而无限充电可以实现完全无人操作的情况下进行充电。无线充电系统主要分划分为墙端（wallbox）、地端线圈（bp）、车端控制单元（vcu）和车端线圈（vp）。

随着无线充电的发展，车端给电池充电的拓扑结构五花八门。如全桥整流、全波整流、倍流整流、倍流升压整流等。这些拓扑结构要么输出纹波电流大，影响电池的寿命；要么整流管电流应力大，效率低，成本高。目前汽车无线充电系统大都采用倍流升压整流。这种拓扑更适合于高压中等电流的情况，如果用于低压大电流，要输出大电流给电池充电，车端线圈（vp）谐振电流很大，要获得大谐振电流，就需要提高车端线圈（vp）的电压，这样也会增加整流管电压应力，同时整流管的电流应力也很大。因为不仅仅整流给电池充电需要流经电流，而且当升压场效应管开关，也会有无功电流流经。在上述工况下工作的现有车端整流拓扑结构电气元件数量众多造成体积较大不利于小型化，并且生产成本高。并且，现有降压整流电路的电气元件数量众多会形成较多的输出电流纹波，在发生逆向拖拉工况还可能由于瞬态高于造成电路损毁。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种连接于无线充电被充电感应线圈和被充电蓄电设备（ba）之间，能减小无线充电被充电感应线圈电流并对感应电流进行滤波（减少输出电流纹波）并具有防反功能，能减少所需电气元件数量的降压整流电路。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种具有上述降压整流电路的无线充电控制单元。

为解决上述技术问题，本发明提供用于无线充电设备的降压整流电路，包括：

滤波电路wf，其电性连接在被充电蓄电设备ba连接点一ba1和连接点二ba2之间；滤波电路wf可以采用电容，或并联的电阻和电容组成的电路；

滤波开关结构一s1的连接点一s1.1电性连接谐振器件一p1连接点二p1.2，滤波开关结构一s1的连接点二s1.2电性连接滤波开关结构二s2的连接点一s2.1并通过电感一l1电性连接被充电蓄电设备ba连接点一ba1，其控制点作为该降压整流电路控制端一ctrl1；

滤波开关结构二s2的连接点二s2.2电性连接整流器件一q1的连接点二q1.2、滤波开关结构三s3的连接点二s3.2和被充电蓄电设备ba的连接点二ba2并连接地，其控制点作为该降压整流电路控制端二ctrl2；

滤波开关结构三s3的连接点一s3.1电性连接滤波开关结构四s4的连接点二s4.2并通过电感二l2连接被充电蓄电设备ba连接点一ba2，其控制点作为该降压整流电路控制端三ctrl3；

滤波开关结构四s4的连接点一s4.1电性连接该降压整流电路连接点二p2，其控制点作为该降压整流电路控制端四ctrl4；

谐振器件一c1和谐振器件二c2与车端感应线圈并联谐振，谐振器件一c1和谐振器件二c2串联在降压整流电路连接点一和连接点二之间；谐振器件一c1和谐振器件二c2可以选择电容；

整流器件一q1的连接点一q1.1电性连接在谐振器件一c1和谐振器件二c2之间，整流器件一q1的连接点二q1.2电性连接整流器件二q2的连接点二q2.2；

整流器件二q2的连接点一q2.1电性连接该降压整流电路的连接点二p2；

整流器件一q1和整流器件二q2可以选择二极管；

其中，滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4其中至少一个采用以下滤波开关结构；

开关器件s第一端连接电容三c3和电容四c4之间，开关器件s第二端通过电容五c5连接地，电容三c3和电容四c4串联在该滤波开关结构的连接点一和连接点二之间并与电感三l3形成并联；开关器件s第三端作为该滤波开关结构的控制点一，电容三c3和电容四c4的电容值相等，电容五c5的电容值比电容三c3和电容四c4的电容值大100倍以上。

可选择的，进一步改进所述的降压整流电路，滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4中未采用所述滤波开关结构的采用nmos。

相应的，也可以选择滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4中均采用nmos

可选择的，进一步改进所述的降压整流电路滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4每个开关的两端并联有一个防反电路，各所述防反电路结构相同；

所述防反电路包括防反二极管和瞬态抑制二极管，防反二极管和瞬态抑制二极管串联形成所述防反电路；

瞬态抑制二极管阳极连接开关在开关高地位一端，防反二极管阳极连接开关在低电压一端，防反二极管阴极与瞬态抑制二极管阴极连接。

本发明提供一种具有上述任意一项所述降压整流电路的无线充电控制单元，包括：

降压整流电路电性连接在被充电感应线圈和被充电蓄电设备ba之间，降压整流电路根据控制器驱动选择充电路径对被充电蓄电设备ba充电；

控制器根据被充电感应线圈工况和被充电蓄电设备ba工况判断能否实施充电，控制器根据被充电蓄电设备ba电压调节降压整流电路充电时长，控制器根据被充电感应线圈的两端电位选择充电路径对被充电蓄电设备ba充电；

其中，降压整流电路的连接点一p1电性连接被充电感应线圈连接点一，降压整流电路连接点二p2电性连接被充电感应线圈连接点二，该降压整流电路各控制点分别连接控制器不同驱动引脚。

可选择的，进一步改进所述的无线充电控制单元，若控制器检测到被充电感应线圈的连接点一电位高于连接点二电位，则导通滤波开关结构一s1和滤波开关结构三s3，关断滤波开关结构二s2和滤波开关结构四s4；

若控制器检测到被充电感应线圈的连接点一是电位低于连接点二电位，则关断滤波开关结构一s1和滤波开关结构三s3关断，导通滤波开关结构二s2和滤波开关结构四s4。

可选择的，进一步改进所述的无线充电控制单元，控制器驱动降压整流电路的全部开关导通，若获得被充电感应线圈电流信号、被充电蓄电设备ba充电电流信号和电压信号则允许实施充电，否则不允许实施充电。

可选择的，进一步改进所述的无线充电控制单元，若控制器检测到被充电蓄电设备ba电压升高，在控制周期内减小降压整流电路全部开关导通时长，增加关断时长。

本发明提供的降压整流电路与现有采用倍流升压整流的技术方案相比至少具有以下技术效果:

1、本发明将降压整流电路与倍流电路整合在一起，在尽可能减少电气元件以及合理选择器件参数的前提下，使得车端线圈电流减少到原来的0.8倍。因此可以实现减少所需电气元件数量的技术方案，由于减少电气元件数量进而可以减小降压整流电路尺寸，降低成本，提高了效率。

2、本发明提供的滤波开关结构能够对降压整流电路相对现有实现准确的滤波（减少输出电流纹波）。只要滤波开关结构一~滤波开关结构四其中任一选择所述滤波开关结构即能达到滤波（减少输出电流纹波）效果。

图3所示是所述滤波开关结构在关断状态的等效电路图。假设性的由于电容三c3和电容四c4的电容值相同均为c，电感三l3的电感值为l，则开关器件s断开时，该滤波开关结构的两端之间只有处于并联谐振的l和c，呈现高阻抗。因此没有通路，滤波开关结构呈现断开状态，各器件的工作参数根据实际工况选择。

图4所示是滤波开关结构在导通状态的等效电路图。当开关器件s导通时，由于电容五c5的电容值远大于c（远大于是指大于100倍），以至于在滤波开关结构工作频率上电容五c5呈现出短路，因此电容三c3和电容四c4相连接的点被开关器件s短路到地。在滤波开关结构两个连接点之间形成了一个电感三l3、电容三c3和电容四c4组成的阻抗网络。可求出电感三l3、的电感值l和电容三c3和电容四c4的电容值c的绝对数值。由此可见，本发明提供的滤波开关结构，仅用了相对很少的电路元件，既在关断状态下提供了高隔离度，又在导通状态下具有了阻抗变换功能，使得电感三l3、电容三c3和电容四c4发挥了关断和导通两种状态下的电路功能，用到了更少的电路元件实现了滤除输出电流纹波的功能。

3、本发明通过在各开关并联防反电路，该防反电路使用由瞬态抑制二极管和防反二极管组成的瞬态抑制防反电路来实现对将压整流电路保护。瞬态抑制二极管是保护电路的关键元件，需根据实际情况选择瞬态抑制二极管参数。在每一个开关并联防反电路抑制瞬时过冲电压，瞬态抑制二极管响应速度快于电容器，对开关器件保护能力更强。能避免拖拽车辆出现的瞬态高压损毁降压整流电路。

本发明提供的无线充电控制单元工作原理如下：

当车端控制单元vcu启动充电前就位检测，就位就是检查地端线圈bp与车端线圈vp偏移和距离情况及两个线圈耦合情况。

dsp控制器将滤波开关结构一~四全部开通，检测到车端线圈vp电流送到dsp控制器，电池电压信号也会送到dsp控制器，这样dsp控制器就知道地端线圈bp与车端线圈vp耦合情况以及电池电压。dsp控制器检测到电池电压升高，就减小mos管的导通时间，也就是说随着电池电压上升，mos管的占空比在减小。

当车端控制单元vcu测得车端线圈vp第一端电位高第二端点位低（上正下负），滤波开关结构一s1和滤波开关结构三s3导通，滤波开关结构二s2和滤波开关结构四s4关断，给电池充电有两个路径：一、电流经过第一电容c1、滤波开关结构一s1、电感一l1、被充电蓄电设备ba、整流器件二q2（二极管）再到车端线圈vp；二、电感二l2续流经被充电蓄电设备ba、滤波开关结构三s3到电感一l1。

当车端控制单元vcu测得车端线圈vp第一端电位低第二端点位高（上负下正），滤波开关结构一q1和开关三s3关断，滤波开关结构二s2和滤波开关结构四s4导通，给电池充电有两个路径：一、电流经过滤波开关结构四s4、电感二l2、被充电蓄电设备ba、整流器件一q1（二极管）、第一电容c1再到车端线圈vp；二、电感一l1续流经被充电蓄电设备ba、滤波开关结构二s2到电感一l1。

本发明提供的无线充电控制单元至少能实现以下技术效果:将降压整流电路与倍流电路整合在一起，使得vp电流和整流管减少到原来的0.8倍，电流小了，因此可以选择规格较小整流管或者减少并联整流管数量，进而减少了成本，提高了无线充电效率。采用双电感（l1和l2）倍流，这两个电感电流纹波互补相差180°，叠加后大大减小能电流纹波。能降低车端线圈vp电流，还能降低整流管电流，减小输出电流纹波；减少所需电气元件数量，由于减少了所需电气元件数量进而可以减小降压整流电路尺寸，降低成本，提高无线充电效率。并且，由于采用了滤波开关结构能大幅降低电流纹波使无线充电控制单元控制更精准。采用了滤波开关结构并联防反电路的结构，能防止无线充电控制单元被瞬态高压损毁，提高无线充电控制单元的安全性和稳定性。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明第一实施例结构示意图。

图2是本发明第一实施例的滤波开关结构示意图。

图3是本发明滤波开关结构原理示意图一。

图4是本发明滤波开关结构原理示意图二。

图5是本发明第二实施例的滤波开关结构示意图。

图6是本发明第三实施例结构示意图。

图7-图9是本发明第三实施例原理示意图。

附图标记说明

电容一~电容五c1~c5

整流器件一q1

整流器件二q2

防反二极管d1

瞬态抑制二极管d2

滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4

开关器件s

第一~第四控制端ctrl1~ctrl4

电感一~电感三l1~l3

被充电蓄电设备ba连接点一ba1（正极）

被充电蓄电设备ba连接点二ba2（负极）

滤波电路wf

降压整流电路rc

dsp控制器dsp

车端感应线圈vp。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例，如图1所示，本发明提供降压整流电路，包括：

滤波电路wf，其电性连接在被充电蓄电设备ba连接点一ba1和连接点二ba2之间；

滤波开关结构一s1的连接点一s1.1电性连接谐振器件一p1连接点二p1.2，滤波开关结构一s1的连接点二s1.2电性连接滤波开关结构二s2的连接点一s2.1并通过电感一l1电性连接被充电蓄电设备ba连接点一ba1，其控制点作为该降压整流电路控制端一ctrl1；

滤波开关结构二s2的连接点二s2.2电性连接整流器件一q1的连接点二q1.2、滤波开关结构三s3的连接点二s3.2和被充电蓄电设备ba的连接点二ba2并连接地，其控制点作为该降压整流电路控制端二ctrl2；

滤波开关结构三s3的连接点一s3.1电性连接滤波开关结构四s4的连接点二s4.2并通过电感二l2连接被充电蓄电设备ba连接点一ba2，其控制点作为该降压整流电路控制端三ctrl3；

滤波开关结构四s4的连接点一s4.1电性连接该降压整流电路连接点二p2，其控制点作为该降压整流电路控制端四ctrl4；

谐振器件一c1和谐振器件二c2与车端感应线圈并联谐振，谐振器件一c1和谐振器件二c2串联在降压整流电路连接点一和连接点二之间；

整流器件一q1的连接点一q1.1电性连接在谐振器件一c1和谐振器件二c2之间，整流器件一q1的连接点二q1.2电性连接整流器件二q2的连接点二q2.2；

整流器件二q2的连接点一q2.1电性连接该降压整流电路的连接点二p2；

参考图2所示，滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4其中至少一个采用以下滤波开关结构；

开关器件s第一端连接电容三c3和电容四c4之间，开关器件s第二端通过电容五c5连接地，电容三c3和电容四c4串联在该滤波开关结构的连接点一和连接点二之间并与电感三l3形成并联；开关器件s第三端作为该滤波开关结构的控制点一，电容三c3和电容四c4的电容值相等，电容五c5的电容值比电容三c3和电容四c4的电容值大100倍以上。

进一步改进上述第一实施例，滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4中未采用所述滤波开关结构的采用nmos。

第二实施例，继续参考图1所示，本发明提供降压整流电路，包括：

滤波电路wf，其电性连接在被充电蓄电设备ba连接点一ba1和连接点二ba2之间；

滤波开关结构一s1的连接点一s1.1电性连接谐振器件一p1连接点二p1.2，滤波开关结构一s1的连接点二s1.2电性连接滤波开关结构二s2的连接点一s2.1并通过电感一l1电性连接被充电蓄电设备ba连接点一ba1，其控制点作为该降压整流电路控制端一ctrl1；

滤波开关结构二s2的连接点二s2.2电性连接整流器件一q1的连接点二q1.2、滤波开关结构三s3的连接点二s3.2和被充电蓄电设备ba的连接点二ba2并连接地，其控制点作为该降压整流电路控制端二ctrl2；

滤波开关结构三s3的连接点一s3.1电性连接滤波开关结构四s4的连接点二s4.2并通过电感二l2连接被充电蓄电设备ba连接点一ba2，其控制点作为该降压整流电路控制端三ctrl3；

滤波开关结构四s4的连接点一s4.1电性连接该降压整流电路连接点二p2，其控制点作为该降压整流电路控制端四ctrl4；

谐振器件一c1和谐振器件二c2与车端感应线圈并联谐振，谐振器件一c1和谐振器件二c2串联在降压整流电路连接点一和连接点二之间；

整流器件一q1的连接点一q1.1电性连接在谐振器件一c1和谐振器件二c2之间，整流器件一q1的连接点二q1.2电性连接整流器件二q2的连接点二q2.2；

整流器件二q2的连接点一q2.1电性连接该降压整流电路的连接点二p2；

参考图5所示，滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4其中至少一个采用以下结构；

开关器件s第一端连接电容三c3和电容四c4之间，开关器件s第二端通过电容五c5连接地，电容三c3和电容四c4串联在该开关的连接点一和连接点二之间并与电感三l3形成并联；开关器件s第三端作为该滤波开关结构的控制点一，电容三c3和电容四c4的电容值相等，电容五c5的电容值比电容三c3和电容四c4的电容值大100倍以上，滤波开关结构一~滤波开关结构四s1~s4每个开关的两端并联有一个防反电路，各所述防反电路结构相同；

所述防反电路包括防反二极管d1和瞬态抑制二极管d2，防反二极管d1和瞬态抑制二极管d2串联形成所述防反电路；

瞬态抑制二极管d2阳极连接在开关高电位一端，防反二极管阳极d1连接在开关低电压一端，防反二极管d1阴极与瞬态抑制二极管d2阴极连接。

第三实施例，如图6所示，本发明提供一种无线充电控制单元，包括：

车端感应线圈vp，其适用于与无线充电地端线圈通过电磁感应进行电流无线传输；

降压整流降压整流电路rc，其连接于车端感应线圈vp和车载电池被充电蓄电设备ba之间，其受dsp控制器驱动提供不同的充电路径对车载电池被充电蓄电设备（ba）充电；

dsp控制器，启动充电前其能根据车端感应线圈工况和车载电池被充电蓄电设备ba工况判断无线充电地端线圈和车端感应线圈是否就位，其能根据车载电池被充电蓄电设备ba电压调节降压整流降压整流电路开通时间，能根据车端感应线圈的两端电位使降压整流降压整流电路提供不同的充电路径对车载电池被充电蓄电设备ba充电。

本发明无线充电控制单元第一实施例，能降低车端线圈vp电流，还能降低整流管电流，减小输出电流纹波；减少所需电气元件数量，由于减少了所需电气元件数量进而可以减小降压整流降压整流电路尺寸，降低成本，提高了效率。

进一步对利用无线充电控制单元说明如下，原理如图7所示；

dsp控制器采用以下方式判断无线充电地端线圈和车端感应线圈是否就位；

dsp控制器驱动滤波开关结构s1-s4导通，若dsp控制器采样获得车端感应线圈电流信号、车载电池被充电蓄电设备ba充电电流信号和车载电池被充电蓄电设备ba电压信号则判断无线充电地端线圈和车端感应线圈就位，否则判断未就位。

无线充电地端线圈和车端感应线圈就位后，dsp控制器采用以下方式控制实施无线充电；

若dsp控制器检测到车载电池被充电蓄电设备ba电压升高，减小mos管的导通时间，控制减小滤波开关结构s1-s4占空比。

若dsp控制器检测到车端感应线圈第一端电位高第二端点位低（上正下负），则驱动滤波开关结构一s1和滤波开关结构三s3导通，滤波开关结构二s2和滤波开关结构四s4关断；给电池充电有两个路径，参考图8所示。

当车端控制单元vcu测得车端线圈vp第一端电位低第二端点位高（上负下正），则驱动滤波开关结构一s1和滤波开关结构三s3关断，滤波开关结构二s2和滤波开关结构四s4导通；给电池充电有两个路径，参考图9所示。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。