一种电动车无线充电电路及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种充电电路，特别涉及一种无线充电电路。
【背景技术】
[0002] 所谓无线充电，即在没有电缆的情况下，靠电磁场或其他的物质进行耦合，实现电 能的无线传输，无线传输电能包括：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式，这三种常见的 无线充电方式中，其中电磁感应式结构简单，易于实现，被广泛应用到无线重点产业的各个 领域。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种电动车无线充电电路，提高电路工作的安全性和能量的 传输效率。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：一种电动车无线充电电路及其控制方法，所述充电 电路包括主电路和控制电路： 所述主电路包括耦合连接的发射端主电路和接收端主电路，所述发射端主电路包括顺 序连接的低压直流电源、高频逆变电路以及初次侧谐振电路，所述接收端主电路包括顺序 连接的二次侧谐振电路、全桥整流电路以及功率匹配变换电路； 所述控制电路包括发射端控制电路和接收端控制电路，发射端控制电路包括连接在发 射端数字信号处理器上的PWM驱动电路、电流采样电路，所述电流采样电路连接在初次侧 谐振电路上；所述接收端控制电路包括连接在接收端数字信号处理器上的PWM驱动电路和 电压采样电路，所述电压采样电路连接在全桥整流电路的输出端； 所述控制方法包括以下包括两个工作状态： 1) 检测状态：通过检测初次侧谐振电路的电流变化判定负载的接入； 2) 工作状态：若发射端检测到有负载接入后，发射端数字信号处理器发出充电指令，电 路进入工作状态，通过PWM驱动电路控制高频逆变电路输出交流电，经过全桥整流电路以 及功率匹配变换电路后，对负载进行充电，若发射端检测到负载退出后或者负载电量充满 后，发射端数字信号处理器发出停止充电的指令，并将控制电路回归检测状态。
[0005] 作为本发明的改进，所述功率匹配变换电路包括第三电感L3、第五功率M0S开关 管S5、第五二极管VD5以及第三电容C3,所述全桥整流电路的正极M与车载电池接口正极 P之间串接第三电感C3和第五二极管VD5,所述第五功率M0S开关管S5的正极接第三电感 C3和第五二极管VD5之间的电极点I，第五功率M0S开关管的负极接全桥整流电路的负极 N，车载电池接口的正极P与负极Q之间串接第三电容C3。
[0006] 作为本发明的改进，所述高频逆变电路包括四个功率M0S开关管，发射端数字信 号处理器通过PWM驱动电路控制所述四个功率M0S开关管动作，接收端数字信号处理器通 过PWM驱动电路控制功率变换电路内的一个功率M0S开关管动作。
[0007] 作为本发明的改进，所述数字信号处理电路是由dsPIC33FJ64GS606芯片及其外 围电路组成的 作为本发明的改进，步骤1)中负载检测的具体方法为：电路开始初始化时，电路处于 检测状态，每Is运行2ms，在每个PWM波的中点对初次侧电感上的电流进行采样，通过和前 一次采样值相比较来决定电路的工作状态，若电流采样值比前一次采样值减小，则证明二 次侧有负载接入，电路进入正常工作状态，每Is运行ls，正常工作后，若检测到的电流采样 值比前一次采样值增大，则证明二次侧负载退出，电路转变回检测状态继续工作，每Is运 行2ms，若电流采样值与前一次采样值相等，则证明二次侧无动作，电路维持之前的工作模 式。
[0008] 作为本发明的改进，控制方法还包括谐波点追踪控制，具体方法为：在每个PWM上 升沿对初次侧电感上的电流进行采样，若采样值大于传感器电路零偏值，则调大逆变器输 出频率；若采样值小于传感器电路零偏值，则调小逆变器输出频率；若采样值等于零偏值， 因此逆变器的输出频率不变。
[0009] 作为本发明的改进，步骤2)中在对负载进行充电时，对功率匹配变换电路的输入 电压进行控制，具体方法为：对功率匹配变换电路的输入电压进行采样，与设定值进行比 较，经过数字信号处理器进行PI运算，得出一个新的PWM占空比，将该占空比输出给功率匹 配变换电路，从而控制功率匹配变换电路的输入电压。
[0010] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明利用电磁感应和负载检测电路 的原理，实现了对二次侧有无负载的检测，根据有无负载来适时的进入工作状态和检测状 态，避免了过大的电流，提高了电路的安全性能；本发明通过对系统谐振频率进行追踪，使 得逆变器的输出频率与谐振网络的谐振频率一致，提高了系统能量的传输效率；本发明通 过对负载功率匹配电路的输入电压进行闭环控制，实现了对输出功率的控制，实现不同功 率等级的充电，扩大了其应用范围。本发明可用于无线充电中。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明主电路原理图。
[0012] 图2为本发明中发射端控制电路原理图。
[0013] 图3为本发明中接收端控制电路原理图。
[0014] 图4为本发明中功率功率匹配闭环电路输入电压控制逻辑原理图。
【具体实施方式】
[0015] 如图1-3所示的一种电动车无线充电电路，包括主电路和控制电路：所述主电路 包括耦合连接的发射端主电路和接收端主电路，所述发射端主电路包括顺序连接的低压直 流电源、高频逆变电路以及初次侧谐振电路，所述接收端主电路包括顺序连接的二次侧谐 振电路、全桥整流电路以及功率匹配变换电路；所述控制电路包括发射端控制电路和接收 端控制电路，发射端控制电路包括连接在发射端数字信号处理器上的PWM驱动电路、电流 采样电路，所述电流采样电路连接在初次侧谐振电路上；所述接收端控制电路包括连接在 接收端数字信号处理器上的PWM驱动电路和电压采样电路，所述电压采样电路连接在全桥 整流电路的输出端，数字信号处理电路是由dsPIC33FJ64GS606芯片及其外围电路组成的； 高频逆变电路包括第一功率M0S开关管S1、第二功率M0S开关管S2、第三功率M0S开 关管S3、第四功率MOS开关管S4 ;第一功率MOS开关管S1的漏极、第三功率MOS开关管S3 的漏极与低压直流电源的正极A相连，第一功率M0S开关管的源极与第二功率M0S开关管 S2的漏极相连，第三功率M0S开关管S3的源极与第四功率M0S开关管S4的漏极相连，第二 功率M0S开关管S2的源极、第四功率M0S开关管S4的源极与低压直流电源负极B连接。
[0016] 本发明电路中高频逆变电路对电极点A、B间电压进行逆变，产生高频交流电，高 频交流电经过初次侧谐振电路，初次侧谐振电路包括串联连接的第一电容C1和初次侧耦 合电感L1 ;电动自行车通过二次侧耦合电感L2和第二电容C2接受固定电路传输回来的电 能，经过全桥整流电路和负载功率匹配变换电路后给车载电池供电，全桥整流电路包括第 一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4 ;全桥整流电路对二次侧谐 振电路的电压进行整流，端子CD两端电压用于检测功率匹配变换其的输入电压大小，实现 闭环控制；端子CD与电压采样电路连接；所述功率匹配变换电路包括第三电感L3、第五功 率M0S开关管S5、第五二极管VD5以及第三电容C3,所述全桥整流电路的正极M与车载电池 接口正极P之间串接第三电感C3和第五二极管VD5,所述第五功率M0S开关管S5的正极接 第三电感C3和第五二极管VD5之间的电极点I，第五功率M0S开关管的负极接全桥整流电 路的负极N，车载电池接口的正极P与负极Q之间串接第三电容C3,功率匹配变换电路对二 次侧全桥整流电路MN端输出电压进行转换，使得输出电压等级满足车载电池的电压等级， 同时满足输入电压电流的持续性，输出经第三电容C3,得到的电压给车载电池供电；PWM驱 动电路接收来自数字信号处理器来的信号，驱动上述五个功率M0S开关管动作。