[0017] 本电路的工作状态分为两种，分别为检测状态和工作状态，当电路处于初始状态 时，电路每Is只运行2ms，在发射端PWM驱动电路输出的每个PWM波的中点对初次侧电感 (即电极点F)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，由于有 负载接入的时候，二次侧的电感线圈会在一次侧产生一个互感阻抗，使得原边的电流产生 1. 8-2. 2安培幅值的减小，因此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，发射端数字信号处理器发出充电指令，电路进入工作状态，每Is运行ls，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，正常工作时，由于负载退出的时候，二次侧的电感线圈会在消除在一次侧产生的 互感阻抗，使得原边电流变大，若此时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，发射端数字信号处理器发出停止充电的指令，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。
[0018] 在电路工作过程中，为了使电路始终处于最大功率和做大效率运行，节省了能源， 还会进行谐振点追踪，在初次侧电容与电感串联的谐振网络中，通过比较谐振网络的电流 和逆变器输出电压之间的相位差，可以得出电路是否处于谐振点工作，因此在每个PWM上 升沿对F点的电流进行采样，若采样值大于零，则证明谐振网络的电流超前逆变器的输出 电压，电路呈现容性，则逆变器输出频率调大；若采样值小于零，则证明谐振网络的电流滞 后逆变器的输出电压，电路呈现感性，则逆变器输出频率调小；若采样值等于零，则证明谐 振网络的电流与逆变器的输出电压同相位，电路处于谐振点运行，因此逆变器的输出频率 不变。
[0019] 为了扩大本发明的应用范围，实现电路对不同功率等级的充电，本发明的控制过 程还进行功率匹配变换电路输入电压的控制，系统中的功率匹配闭环电路实际上相当于一 个模拟的可调负载，而由于功率匹配闭环电路的输出为电动车电池，电压为定值，因此本系 统对功率匹配闭环电路的输入电压进行控制，控制对象为占空比对输入电压的传递函数， 选取了零极相消的PI控制器对其进行输入电压控制，首先，对功率匹配闭环电路的输入电 压即M点与N点之间的电压进行采样，与设定值比较，经过数字信号处理器进行PI运算，得 出一个新的PWM占空比，输出给功率匹配闭环电路，从而控制匹配变化器的输入电压，通过 对功率匹配闭环电路的输入电压控制，控制了模拟负载的值，从而控制了传输功率，如图4 所示，为功率匹配变换器输入电压控制原理图，(；为电压控制器，G VS利用小信号分析法得 出的控制占空比到输出电压Vm的传递函数，H v为输出电压采样电路的传递函数，此控制系 统旨在控制功率匹配变换器输入电压，以达到控制输出功率，实现不同功率等级的无线充 电，具体控制方法如下： C (s)为零极相消的PI控制器，
【主权项】
1. 一种电动车无线充电电路，其特征在于，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。
2. 根据权利要求1所述的一种电动车无线充电电路，其特征在于，所述功率匹配变换 电路包括第三电感L3、第五功率MOS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MOS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 MOS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。
3. 根据权利要求2所述的一种电动车无线充电电路，其特征在于，所述高频逆变电路 包括四个功率MOS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MOS 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 MOS开关管动作。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的一种电动车无线充电电路，其特征在于，所述数 字信号处理电路是由dsPIC33FJ64GS606芯片及其外围电路组成的。
5. -种如权利要求1-4所述无线充电电路的控制方法，其特征在于，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。
6. 根据权利要求4所述的一种无线充电电路的控制方法，其特征在于，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。
7. 根据权利要求4所述的一种无线充电电路的控制方法，其特征在于，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。
8. 根据权利要求4所述的一种无线充电电路的控制方法，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了无线充电领域内的一种电动车无线充电电路及其控制方法，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，控制方法包括检测状态和工作状态，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，可用于无线充电中。
【IPC分类】H02J7-00, H02M3-338
【公开号】CN104734300
【申请号】CN201510165030
【发明人】徐松, 朱玉如, 蒋伟
【申请人】扬州大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月9日