无线充电系统及其控制方法和控制装置、电子设备与流程

本发明涉及无线充电，尤其涉及一种无线充电系统的控制方法、一种无线充电系统的控制装置、一种无线充电系统和一种电子设备。

背景技术：

1、为了提高由全桥逆变+双边lcc型谐振网络+全桥整流构成的中大功率系统的效率，需要减小系统中无源器件的体积，因此需要进一步提高开关频率。而随着开关频率的提高，若开关管工作在硬开关状态，则开关损耗会随之增加，从而需要实现开关管的软开关。相关技术中，双边lcc型结构实现zvs(zero voltage switching，零电压开关)的方法主要包括三类：1)逆变器的频率调制控制策略；2)逆变器的移相控制策略；3)谐振网络中谐振元件的参数优化设计策略。

2、但上述技术方案，存在以下缺点：

3、1.逆变器的频率调制控制策略，在较高频率下会受到器件工作特性的限制，难以进行实时控制；

4、2.逆变器的移相控制策略，或谐振网络中谐振元件的参数优化设计策略，很难保证能够自适应不同负载条件下的软开关工作情况。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种无线充电系统的控制方法，基于参考电压和实际电压生成开关管的驱动信号，可实现对逆变网络的开关管的实时控制，保证开关管软开关处于最优状态。

2、本发明的第二个目的在于提出一种无线充电系统的控制装置。

3、本发明的第三个目的在于提出一种无线充电系统。

4、本发明的第四个目的在于提出一种电子设备。

5、为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无线充电系统的控制方法，无线充电系统包括依次连接的逆变网络、双边lcc谐振网络和整流网络，该方法包括：获取逆变网络的输入电压和谐振网络的输入电流；根据输入电压确定参考电压，参考电压为满足逆变网络中开关管零电压关断的移相角所对应的电压；根据输入电流确定实际电压，实际电压为输入电流的过零时刻滞后逆变网络中滞后开关管的开通时刻的滞后时间的占空比所对应的电压；根据参考电压和实际电压生成逆变网络中开关管的驱动信号；根据驱动信号对开关管进行驱动控制。

6、根据本发明实施例的无线充电系统的控制方法，首先，获取逆变网络的输入电压和谐振网络的输入电流，并根据输入电压确定参考电压，参考电压为满足逆变网络中开关管零电压关断的移相角所对应的电压，根据输入电流确定实际电压，实际电压为输入电流的过零时刻滞后逆变网络中滞后开关管的开通时刻的滞后时间的占空比所对应的电压，然后，根据参考电压和实际电压生成逆变网络中开关管的驱动信号，根据驱动信号对开关管进行驱动控制。该方法基于参考电压和实际电压生成开关管的驱动信号，可实现对逆变网络的开关管的实时控制，保证开关管软开关处于最优状态。

7、另外，根据本发明上述实施例的无线充电系统的控制方法，还可以具有如下的附加技术特征：

8、根据本发明的一个实施例，根据输入电压确定参考电压，包括：根据输入电压、谐振网络的输入电流关于移相角的表达式以及开关管零电压关断的约束条件确定参考移相角；根据参考移相角以及谐振网络的输入电流滞后谐振网络的输入电压的相位确定滞后时间的参考占空比；根据参考占空比确定参考电压。

9、根据本发明的一个实施例，通过下述方式确定参考移相角：

10、

11、其中，coss为开关管的结电容，tdead为开关管的死区时间，vin为输入电压，iab(0)为零时刻谐振网络的输入电流关于移相角的表达式，a1为谐振网络的输入电压的基波幅值，k为系数，ωs为谐振网络的谐振频率，ts为逆变网络的开关周期，γ为相位，为参考移相角。

12、根据本发明的一个实施例，通过下述方式确定滞后时间的参考占空比：

13、

14、其中，γ为相位，为参考移相角，dzero为参考占空比。

15、根据本发明的一个实施例，根据输入电流确定实际电压，包括：对输入电流进行过零检测以确定输入电流的过零时刻；根据过零时刻和滞后开关管的开通时刻确定滞后时间；确定滞后时间的占空比所对应的电压得到实际电压。

16、根据本发明的一个实施例，根据参考电压和实际电压生成逆变网络中开关管的驱动信号，包括：获取参考电压与实际电压之间的电压差值；对电压差值进行pi(proportion-integration，比例积分)调节得到移相脉冲信号；基于移相脉冲信号的上升沿和下降沿确定第一时钟信号和第二时钟信号；根据第一时钟信号和第二时钟信号生成驱动信号。

17、根据本发明的一个实施例，根据第一时钟信号和第二时钟信号生成驱动信号，包括：根据第一时钟信号生成第一三角波载波，第一三角波载波的幅值等于第一电压，第一电压根据参考电压和参考移相角确定；将第一三角波载波的幅值与第一电压的二分之一进行比较；根据比较结果和第一时钟信号生成滞后开关管的驱动信号。

18、根据本发明的一个实施例，根据第一时钟信号和第二时钟信号生成驱动信号，还包括：根据第二时钟信号生成第二三角波载波，第二三角波载波的幅值等于第一电压；将第二三角波载波的幅值与第一电压的二分之一进行比较；根据比较结果和第二时钟信号生成谐振网络中超前开关管的驱动信号。

19、为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种无线充电系统的控制装置，无线充电系统包括依次连接的逆变网络、双边lcc谐振网络和整流网络，装置包括：采样单元，用于获取逆变网络的输入电压和谐振网络的输入电流；处理单元，用于根据输入电压确定参考电压，并根据输入电流确定实际电压，以及根据参考电压和实际电压生成逆变网络中开关管的驱动信号，其中，参考电压为满足逆变网络中开关管零电压关断的移相角所对应的电压，实际电压为输入电流的过零时刻滞后逆变网络中滞后开关管的开通时刻的滞后时间的占空比所对应的电压；驱动控制单元，用于根据驱动信号对开关管进行驱动控制。

20、根据本发明实施例的无线充电系统的控制装置，通过采样单元获取逆变网络的输入电压和谐振网络的输入电流，处理单元根据输入电压确定参考电压，并根据输入电流确定实际电压，以及根据参考电压和实际电压生成逆变网络中开关管的驱动信号，其中，参考电压为满足逆变网络中开关管零电压关断的移相角所对应的电压，实际电压为输入电流的过零时刻滞后逆变网络中滞后开关管的开通时刻的滞后时间的占空比所对应的电压，驱动控制单元根据驱动信号对开关管进行驱动控制。由此，该装置基于参考电压和实际电压生成开关管的驱动信号，可实现对逆变网络的开关管的实时控制，保证开关管软开关处于最优状态。

21、另外，根据本发明上述实施例的无线充电系统的控制装置，还可以具有如下的附加技术特征：

22、根据本发明的一个实施例，处理单元包括：移相信号产生电路，用于根据输入电流确定实际电压，并根据参考电压和实际电压生成第一时钟信号和第二时钟信号；滞后桥臂产生电路，用于根据第一时钟信号生成滞后开关管的驱动信号；超前桥臂产生电路，用于根据第二时钟信号生成逆变网络中超前开关管的驱动信号。

23、根据本发明的一个实施例，移相信号产生电路包括：第一运放电路，用于对输入电流进行隔离放大；第一比较电路，用于将隔离放大后的输入电流与零进行比较，以获得输入电流的过零时刻；提取电路，用于根据过零时刻和滞后开关管的开通时刻提取滞后时间；电压转换电路，用于对滞后时间进行转换得到实际电压；调节电路，用于获取参考电压与实际电压之间的电压差值，并对电压差值进行pi调节得到移相脉冲信号；移相时钟产生电路，用于基于移相脉冲信号的上升沿和下降沿生成第一时钟信号和第二时钟信号。

24、根据本发明的一个实施例，第一运放电路包括：第一放大器，第一放大器的负输入端用于输入输入电流，第一放大器的正输入端接地，第一放大器的输出端与第一比较电路相连；第一电阻，第一电阻串联在第一放大器的负输入端和输出端之间。

25、根据本发明的一个实施例，第一比较电路包括：第二电阻，第二电阻的一端与第一运放电路相连；第一比较器，第一比较器的负输入端与第二电阻的另一端相连，第一比较器的正输入端接地，第一比较器的输出端与提取电路相连；第三电阻，第三电阻串联在第一比较器的负输入端和输出端之间。

26、根据本发明的一个实施例，电压转换电路包括：第四电阻，第四电阻的一端与提取电路相连，第四电阻的另一端与调节电路相连；第一电容，第一电容串联在第四电阻的另一端和地之间。

27、根据本发明的一个实施例，调节电路包括：第五电阻，第五电阻的一端与电压转换电路相连；第二放大器，第二放大器的负输入端与第五电阻的另一端相连，第二放大器的正输入端用于输入参考电压；第六电阻和第二电容，第六电阻和第二电容串联在第二放大器的负输入端和输出端之间；第二比较器，第二比较器的负输入端与第二放大器的输出端相连，第二比较器的正输入端用于输入参考三角波载波，第二比较器的输出端与移相时钟产生电路相连。

28、根据本发明的一个实施例，滞后桥臂产生电路包括：第一三角波产生电路，用于根据第一时钟信号生成第一三角波载波，第一三角波载波的幅值等于第一电压，第一电压根据参考电压和参考移相角确定；第三比较器，第三比较器的负输入端用于输入第一电压的二分之一，第三比较器的正输入端与第一三角波产生电路相连，用于对第一三角波载波的幅值与第一电压的二分之一进行比较；第一触发器，第一触发器的第一输入端与第三比较器的输出端相连，第一触发器的第二输入端用于输入第一时钟信号，用于根据比较结果和第一时钟信号生成滞后开关管的驱动信号。

29、根据本发明的一个实施例，超前桥臂产生电路包括：第二三角波产生电路，用于根据第二时钟信号生成第二三角波载波，第二三角波载波的幅值等于第一电压；第四比较器，第四比较器的负输入端用于输入第一电压的二分之一，第四比较器的正输入端与第二三角波产生电路相连，用于对第二三角波载波的幅值与第一电压的二分之一进行比较；第二触发器，第二触发器的第一输入端与第三比较器的输出端相连，第二触发器的第二输入端用于输入第二时钟信号，用于根据比较结果和第二时钟信号生成超前开关管的驱动信号。

30、为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种无线充电系统，包括：依次连接的逆变网络、双边lcc谐振网络和整流网络、以及上述的无线充电系统的控制装置，无线充电系统的控制装置用于对逆变网络中的开关管进行控制，以使逆变网络将输入的直流电源转换为交流电信号，谐振网络将交流电信号从原边耦合传递到副边，整流网络对谐振网络耦合传递到副边的交流电信号进行整流，以给负载充电。

31、根据本发明实施例的无线充电系统，通过上述的无线充电系统的控制装置对逆变网络中的开关管进行控制，以使逆变网络将输入的直流电源转换为交流电信号，谐振网络将交流电信号从原边耦合传递到副边，整流网络对谐振网络耦合传递到副边的交流电信号进行整流，以给负载充电。由此，该无线充电系统基于上述的无线充电系统的控制装置，根据参考电压和实际电压生成开关管的驱动信号，可实现对逆变网络的开关管的实时控制，保证开关管软开关处于最优状态。

32、为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电子设备，包括上述的无线充电系统。

33、根据本发明实施例的电子设备，基于上述的无线充电系统，根据无参考电压和实际电压生成开关管的驱动信号，可实现对逆变网络的开关管的实时控制，保证开关管软开关处于最优状态。

34、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。