[发明专利]电流型IPT系统效率优化控制电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及感应电能传输（Inductive Power Transfer，IPT）技术，尤其涉及一种电流型IPT系统效率优化控制电路及其控制方法。

背景技术

感应电能传输技术（Inductive Power Transfer），简称IPT技术,是一种通过电磁耦合以非接触式方式向负载传递能量的一项新技术。与传统导体供电方式相比，由于IPT系统的能量传输介质是电磁场，拥有安全、可靠、灵活的特点，从而广泛应用于医学生物体供电、电动汽车无线充供电等不适合使用传统导线方式供电的场合。

作为一种能量传输技术，传输效率尤为重要。为了实现对原边的控制、保护以及保证副边输出电压的稳定，IPT系统在实际应用过程中通常在原、副边都设有功率调节电路，同时改变原、副边功率调节电路的运行状态，可以在保证副边输出电压稳定的条件下提高系统效率。对于原、副边不对称的系统，如导轨供电系统，效果尤为明显。

现有技术中，根据原边控制电路中输入电源的方式不同，将IPT系统分为电流型IPT系统和电压型IPT系统，所谓电流型IPT系统是指逆变电路输入端由直流电源串联直流电感构成，其输入近似于电流源。如图1所示的原边并联谐振、副边串联谐振型的电流型感应电能传输系统。为了实现原、副边输出电压的调整，常常在原、副边设置有相应的调压电路。这样的设计在一定程度上虽然可以保证系统输入、输出的稳定，但是系统传输效率并不能达到最优。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种电流型IPT系统效率优化控制电路及其控制方法，以电流型IPT系统为背景，通过分析传输效率与原、副边电流的关系，采用原、副电流比控制的思想对IPT系统的原边输入电流以及副边输出电压进行控制，在保证输出电压稳定的同时使系统在宽负载范围内实现了最大效率的输出。

为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

首先提出一种电流型IPT系统效率优化控制电路，包括原边控制电路和副边控制电路，所述原边控制电路包括原边调压电路、高频逆变电路、原边补偿电路以及原边线圈，所述副边控制电路包括副边线圈、副边补偿电路、整流滤波电路以及副边调压电路，在原边调压电路的输入端连接电源，在副边调压电路的输出端连接负载，其关键在于：

所述原边补偿电路为并联谐振型原边补偿电路，所述副边补偿电路为串联谐振型副边补偿电路，在原边调压电路与高频逆变电路之间还设置有直流电感；

在所述原边控制电路中设置有原边电流检测模块，在所述副边控制电路中设置有副边电流检测模块，所述原边电流检测模块和副边电流检测模块分别将检测到的原边电流信号I_P和副边电流信号I_S送入原、副边电流比控制器中，该原、副边电流比控制器根据原边电流信号I_P、副边电流信号I_S以及电流比预设值K_ref控制所述原边调压电路工作；

在所述副边控制电路中设置有副边恒压控制模块，该副边恒压控制模块根据输出电压采样值V_out与输出电压预设值V_ref控制所述副边调压电路工作。

在本设计中，利用副边恒压控制模块保证副边恒压输出，然后通过原、副边的电流检测，利用原、副边电流比控制器对原、副边的电流比进行控制，在IPT系统中，当原边电压恒定时，副边电压与副边电压增益的关系既不是正相关也不是负相关，而是在某一个电压增益处取得最大值。对于电流型IPT系统而言，当负载不是很重的情况下，系统具备一定的恒流特性，最大输出电压的增益值较大，能够满足一般系统的要求，因此不必设置单独的原边恒流控制环节，直接采用原、副边电流比控制器输出相应的PWM信号控制原边调压电路即能实现原边电流控制，最终达到系统输出效率的最优。

为了实现电流和电压的采集，所述原边电流检测模块与副边电流检测模块均采用型号为CSNP661的电流传感器模块，所述输出电压采样值V_out由电压传感器模块CHV-25P采集，在具体应用过程中也可以根据不同的功率级别选择不同型号的模块。

对于原、副边严格要求非接触的系统而言，所述副边电流检测模块通过无线通讯模块将检测到副边电流信号I_S送入所述原、副边电流比控制器中，通过无线通信的方式保证副边电流信号I_S的准确传输。