【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無線充電，具體涉及一種半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統及方法。
技術介紹
1、無線電能傳輸技術是指在不依賴傳統導線或物理接觸的情況下，通過空間中的電磁場、電磁波或其他非接觸性介質，將電能從電源端有效地傳遞到負載端的一種能量傳輸技術。其中，采用磁場感應式無線電能技術對電池進行充電時，能夠擺脫傳統插拔式中線纜所帶來的物理束縛，使得設備布局更加靈活；避免了長期反復插拔所帶來的電火花而導致觸電危險以及磨損問題。此外，無線電能傳輸技術的發展不僅將改變人們的生活方式，還將推動社會的可持續發展。
2、為了確保電池的安全性和延長其使用壽命，在對電池進行無線充電時通常采用恒流恒壓的充電方式，這種充電方式包括兩個階段：恒定電流充電階段和恒定電壓充電階段。在恒流充電階段，電池會以恒定的電池額定電流進行充電，在此階段中電池電壓迅速增加，直至達到額定電壓為止；恒流充電階段結束后，會進入恒壓充電階段，電池會以額定的電池電壓進行充電，在此階段電池電流快速下降，直至達到充電截至電流為止；此時，電池的整個充電過程完成。
3、然而，目前實現電池的恒流恒壓無線充電有以下幾種方法：1)在高頻逆變模塊前或整流濾波電路后增加dc-dc直流變換器進行調節。這種方式可以通過閉環控制調節占空比實現恒流恒壓充電，但由于增加一級dc-dc模塊，系統的傳輸效率大大降低。2)采用變頻控制技術，通過寬頻率范圍調節工作頻率實現恒流恒壓充電，但會出現頻率分叉現象，影響系統穩定性。3)通過混合拓撲切換實現系統的恒流恒壓輸出，會
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服傳統技術中存在的上述問題，提供一種半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統及方法。
2、為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本專利技術是通過以下技術方案實現：
3、本專利技術提供一種半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，該系統主要包括直流電壓源、高頻逆變模塊、原邊補償網絡、切換開關、副邊補償網絡、松耦合變壓器、整流濾波電路、負載電阻和檢測控制電路；
4、所述高頻逆變模塊、原邊補償網絡、松耦合變壓器、副邊補償網絡和整流濾波電路依次連接，所述高頻逆變模塊與直流電壓源連接，所述整流濾波電路與負載電阻連接，所述切換開關設置在所述高頻逆變模塊中，通過在所述檢測控制電路中生成驅動信號的控制下對所述切換開關進行恒流、恒壓充電模式切換。
5、進一步地，所述松耦合變壓器包括原邊繞組和副邊繞組，所述原邊繞組與原邊補償網絡連接，所述副邊繞組與副邊補償網絡連接。
6、進一步地，所述高頻逆變模塊包括開關晶體管s1、s2、s3。
7、進一步地，所述整流濾波電路包括二極管vd1、vd2、vd3、vd4和濾波電容c0，二極管vd1、vd4串聯形成一橋臂，二極管vd2、vd3串聯形成另一橋臂，串聯后的二極管vd1、vd4與串聯后的二極管vd2、vd3以及濾波電容c0并聯在一起。
8、進一步地，所述原邊補償網絡包括原邊補償電容cp、原邊補償電感lpp和原邊補償電容cps，所述原邊補償電容cps一端通過切換開關k與恒流模式下橋臂中點連接，另一端與原邊補償電感lpp并聯和原邊補償電容cp串聯；所述原邊補償電容cp的另一端與原邊繞組連接；所述原邊補償電感lpp的另一端與恒壓模式下橋臂中點連接；所述原邊繞組的另一端與恒壓模式下橋臂底端連接。
9、進一步地，所述副邊補償網絡包括副邊補償電容css、副邊補償電感lsp和副邊補償電容cs，所述副邊補償電容cs一端與副邊繞組連接，另一端與副邊補償電感lsp并聯和副邊補償電容css串聯；所述補償電容css的另一端與全橋整流濾波電路一橋臂中點連接；所述副邊補償電感lsp另一端、副邊繞組另一端與整流濾波電路另一橋臂中點連接。
10、本專利技術還提供一種半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制切換方法，采用上述的無線電能傳輸控制系統對充電方式進行控制切換，包括以下步驟：
11、1)檢測控制電路根據采集到的輸出電流和電壓，與最佳負載切換點進行比較，生成恒流控制指令或恒壓控制指令；
12、2)高頻逆變模塊中的開關晶體管根據恒流控制指令或恒壓控制指令，選擇不同的開關晶體管進行驅動，切換開關k根據恒流控制指令或恒壓控制指令，進行導通或關斷。
13、進一步地，步驟1)中，當高頻逆變模塊中開關晶體管接受到恒流控制指令時，開關晶體管s1、s2形成半橋逆變電路進行驅動，開關晶體管s3持續導通，切換開關k導通，原邊補償網絡與副邊補償網絡形成具有輸出與負載無關的恒定電流的clc-clc補償網絡，實現恒流充電模式。
14、進一步地，步驟1)中，當高頻逆變模塊中開關晶體管接收到恒壓指令時，開關晶體管s2、s3形成半橋逆變電路進行驅動，開關晶體管s1持續導通，切換開關k關斷，原邊補償網絡與副邊補償網絡形成具有輸出與負載無關的恒定電壓的s-clc補償網絡，實現恒壓充電模式。
15、進一步地，步驟1)中，所述檢測控制電路采集到的實時負載值，與最佳負載值進行比較，當實時負載值小于最佳負載值時，檢測控制電路生成恒流控制指令；當實時負載值大于最佳負載值時，檢測控制電路生成恒壓控制指令。
16、本專利技術的有益效果是：
17、1、本專利技術只需要在松耦合變壓器的原邊電路中構建發射端補償網絡，電路結構簡單，相對于全橋的驅動方式，運用半橋的驅動方式，只需要一個控制開關，減少了控制開關的使用，使系統復雜性降低，且原邊拓撲切換不需要額外的補償器件，成本大大減少，穩定性更強，且不需要復雜的控制電路，就可以實現恒流恒壓充電方式的切換。
18、2、本專利技術可以在同一頻率下實現與負載無關的恒流恒壓切換，可以滿足電池充電過程中先恒流再恒壓的充電要求，避免出現頻率分叉現象，系統可以穩定工作。
19、3、本專利技術可用于電動汽車的無線充電，線圈之間的互感值m固定，此系統可以通過檢測實時負載值，繼而與最佳負載值進行比較，以便在最佳負載進行切換，保證系統的正常運行。
20、當然，實施本專利技術的任一產品并不一定需要同時達到以上的所有優點。
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1.一種半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，該系統主要包括直流電壓源、高頻逆變模塊、原邊補償網絡、切換開關、副邊補償網絡、松耦合變壓器、整流濾波電路、負載電阻和檢測控制電路；
2.根據權利要求1所述的半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述松耦合變壓器包括原邊繞組和副邊繞組，所述原邊繞組與原邊補償網絡連接，所述副邊繞組與副邊補償網絡連接。
3.根據權利要求2所述的半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述高頻逆變模塊包括開關晶體管S1、S2、S3。
4.根據權利要求3所述的半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述整流濾波電路包括二極管VD1、VD2、VD3、VD4和濾波電容C0，二極管VD1、VD4串聯形成一橋臂，二極管VD2、VD3串聯形成另一橋臂，串聯后的二極管VD1、VD4與串聯后的二極管VD2、VD3以及濾波電容C0并聯在一起。
5.根據權利要求4所述的半橋CLC/S-
6.根據權利要求5所述的半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述副邊補償網絡包括副邊補償電容Css、副邊補償電感Lsp和副邊補償電容Cs，所述副邊補償電容Cs一端與副邊繞組連接，另一端與副邊補償電感Lsp并聯和副邊補償電容Css串聯；所述補償電容Css的另一端與全橋整流濾波電路一橋臂中點連接；所述副邊補償電感Lsp另一端、副邊繞組另一端與整流濾波電路另一橋臂中點連接。
7.一種半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制切換方法，其特征在于，采用權利要求6所述的無線電能傳輸控制系統對充電方式進行控制切換，包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制切換方法，其特征在于，步驟1)中，當高頻逆變模塊中開關晶體管接受到恒流控制指令時，開關晶體管S1、S2形成半橋逆變電路進行驅動，開關晶體管S3持續導通，切換開關K導通，原邊補償網絡與副邊補償網絡形成具有輸出與負載無關的恒定電流的CLC-CLC補償網絡，實現恒流充電模式。
9.根據權利要求8所述的半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制切換方法，其特征在于，步驟1)中，當高頻逆變模塊中開關晶體管接收到恒壓指令時，開關晶體管S2、S3形成半橋逆變電路進行驅動，開關晶體管S1持續導通，切換開關K關斷，原邊補償網絡與副邊補償網絡形成具有輸出與負載無關的恒定電壓的S-CLC補償網絡，實現恒壓充電模式。
10.根據權利要求9所述的半橋CLC/S-CLC自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制切換方法，其特征在于，步驟1)中，所述檢測控制電路采集到的實時負載值，與最佳負載值進行比較，當實時負載值小于最佳負載值時，檢測控制電路生成恒流控制指令；當實時負載值大于最佳負載值時，檢測控制電路生成恒壓控制指令。
...【技術特征摘要】
1.一種半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，該系統主要包括直流電壓源、高頻逆變模塊、原邊補償網絡、切換開關、副邊補償網絡、松耦合變壓器、整流濾波電路、負載電阻和檢測控制電路；
2.根據權利要求1所述的半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述松耦合變壓器包括原邊繞組和副邊繞組，所述原邊繞組與原邊補償網絡連接，所述副邊繞組與副邊補償網絡連接。
3.根據權利要求2所述的半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述高頻逆變模塊包括開關晶體管s1、s2、s3。
4.根據權利要求3所述的半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述整流濾波電路包括二極管vd1、vd2、vd3、vd4和濾波電容c0，二極管vd1、vd4串聯形成一橋臂，二極管vd2、vd3串聯形成另一橋臂，串聯后的二極管vd1、vd4與串聯后的二極管vd2、vd3以及濾波電容c0并聯在一起。
5.根據權利要求4所述的半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述原邊補償網絡包括原邊補償電容cp、原邊補償電感lpp和原邊補償電容cps，所述原邊補償電容cps一端通過切換開關k與恒流模式下橋臂中點連接，另一端與原邊補償電感lpp并聯和原邊補償電容cp串聯；所述原邊補償電容cp的另一端與原邊繞組連接；所述原邊補償電感lpp的另一端與恒壓模式下橋臂中點連接；所述原邊繞組的另一端與恒壓模式下橋臂底端連接。
6.根據權利要求5所述的半橋clc/s-clc自切換恒流恒壓復合型無線電能傳輸控制系統，其特征在于，所述副...
【專利技術屬性】
技術研發人員：方煒，金鑫，劉曉東，尹成強，張前進，
申請(專利權)人：安徽工業大學，
類型：發明
國別省市：
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