[发明专利]一种无线充电系统频率调节电路

说明书

技术领域

本发明属于充电电路技术领域，具体涉及一种无线充电系统频率调节电路。

背景方法

如图1所示，非接触式能量传输系统主要由初级回路和次级回路组成。其中初级回路固定，主要由高频逆变器1和LC谐振电路组成，次级回路主要由拾取线圈，补偿电路，功率调节电路3以及可变负载组成，可在一定范围内移动，初级回路与次级回路之间不存在电气连接。初级回路主要完成电能的变换与发送，次级回路主要完成能量的拾取与功率调，系统之间通过空间电磁耦合实现能量的传递。

随着科学技术的发展，非接触式能量传输技术已经得到广泛应用，例如大功率电气设备的非接触供电、小功率便携式电子装置的非接触充电、特殊环境下工作的电气设备的非接触供电等。该技术因其无接触火花，无器件磨损、易维护、安全性能好、低噪声、自动化程度高等优点，从而具有广阔的应用前景。

但是，由于受到负载变化以及次级回路移动距离的影响，系统的谐振频率将会发生变化，特别是对于负载切换，当负载较小时，系统谐振频率随着的增大而迅速增大；当增大到一定程度时，谐振频率趋于稳定；当增大到无穷大时，相当于负载开路，此时与谐振于某一固定频率。因此，并联拾取机构能够在较稳定的频率下携带大阻值负载。但是当负载过大时，系统的谐振表现为传输无功功率，传输效率低，负载不能正常工作。

如图2所示，系统传输功率和系统谐振频率的关系曲线是一条抛物线，系统工作频率在之间时，传输功率较大；在自然谐振频率点处，取最大值。此频率是拾取端的完全谐振频率，它的值由决定。 

因此，非接触式能量传输系统中常常需要采用稳频控制策略。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种无线充电系统频率调节电路，使其能够保证初级回路谐振频率的稳定性，实现能量的最大功率传输，满足使用需求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种无线充电系统频率调节电路，包括逆变器，原边谐振电路，副边谐振电路，功率调节电路，所述逆变器的输入端连接有直流电源，所述功率调节电路的输出端连接有可变负载；所述原边谐振电路上连接有频率检测器，该频率检测器的输入端连接在原边谐振电容与激励线圈之间，该频率检测器的输出端输出原边谐振频率值f1到控制器的第一输入端，该控制器的第二输入端输入系统设定谐振频率值f0，所述控制器的输出控制端与并联电容阵列相连，该并联电容阵列并联在所述原边谐振电容上，所述控制器根据所述原边谐振频率值f1与副边谐振频率值f0之差控制所述并联电容阵列的电容值。

在一定负载范围内，原边谐振频率值f1随负载RL的增加而增大。通过频率检测器检测的谐振电流的实际工作频率f1，利用控制器4将实际频率f1与拾取端固有频率f0作比较，通过所得差值，控制电容阵列开关的通断，从而有效改变电容值大小，当负载RL增大时，工作频率f1大于固有谐振频率f0，即△f=f1-f0>0时，通过控制器控制并联电容阵列适当增大原边谐振电容的有效值以减小工作频率；当△f=f1-f0<0时，通过控制器控制并联电容阵列适当减小原边谐振电容的有效值以增大工作频率,最终保证系统稳定地工作于固有谐振频率。

所述并联电容阵列由9个0.1 nF，9个1 nF以及9个10 nF的电容并联组成，每一个电容串接有一个控制开关，该并联电容阵列的可变范围为0～99.9 nF。

通过控制器控制相应控制开关的通断状态，可以实现并联电容阵列有效电容值在0～99.9 nF之间变化，调节步长为0.1nF。

所述原边谐振电路为串联式谐振回路，所述副边谐振电路为并联式谐振回路。

在谐振频率下，次级回路采用串联谐振结构时，次级电容压降和拾取线圈压降相抵消，系统对负载输出等效为电压源。采用并联谐振结构时，流入次级电容中的电流与拾取线圈中的电流的无功分量相抵消，系统对负载输出等效为电流源。

而初级回路，对于串联谐振电路，当输入电压为方波时，串联回路电流为正弦波。并联谐振电路，当输电流为方波时，并联谐振电路的两端电压波形为正弦波。

为提高系统功率传输能力与效率，本系统采用软开关串联—并联谐振模式。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点包括：电路结构简单，控制算法容易实现，系统有较好的动态响应速度、稳定性和抗干扰性，在负载变化过程中，能够保证频率稳定，实现系统最大能量传输。

附图说明

图1是非接触式能量传输系统的电路原理框图；