[发明专利]一种无线充电系统及恒流/恒压充电优化的控制方法

权利要求书

1.一种无线充电系统，其特征在于，所述系统的一次侧包括：输入电源、Buck电路、全桥逆变器、一次侧发射线圈及补偿电路和一次侧的MCU；所述系统的二次侧包括：负载、Boost电路、全波整流器、二次侧接收线圈及补偿电路和二次侧的MCU；

所述系统的一次侧还设有电流/电压采样电路；一次侧的MCU与一次侧采样电路的输出口连接，用来获取一次侧Buck电路输出的直流电流值I_out和直流电压值U_out；

一次侧的MCU与一次侧Buck电路的控制输入口连接；一次侧的MCU根据获取的一次侧Buck电路输出的直流电流值I_out和直流电压值U_out，计算出Buck电路的输出阻抗值Z_in，并将Z_in与Buck电路最优输出阻抗Z_in-opt进行比较求差值，所得的差值经扰动计算后生成Buck电路的控制信号；

一次侧的MCU还与全桥逆变器的控制输入口连接，生成四路驱动信号驱动全桥逆变器；

所述系统的二次侧也设有电流/电压采样电路；二次侧的MCU与二次侧的采样电路输出口连接，用来获取负载的充电电流值I_b和充电电压值U_b；

二次侧的MCU与二次侧Boost电路的控制输入口连接，二次侧的MCU检测负载的充电电流值I_b是否等于充电电流参考值I_b-ref，若I_b不等于I_b-ref，二次侧的MCU将I_b与I_b-ref进行比较求差值，所得的差值经闭环控制后生成二次侧Boost电路的驱动信号，使负载的充电电流I_b等于充电电流参考值I_b-ref，实现Boost电路输出电流闭环控制；

二次侧的MCU检测负载的充电电压值U_b是否大于等于充电电压参考值U_b-ref，若U_b大于等于U_b-ref，二次侧的MCU将U_b与U_b-ref进行比较求差值，所得的差值经闭环控制后生成二次侧Boost电路的驱动信号，使负载的充电电压值U_b等于充电电压参考值U_b-ref，实现Boost电路输出电压闭环控制；若二次侧负载的充电电压值U_b小于负载的充电电压参考值U_b-ref，二次侧的MCU将增大Boost电路占空比，进而增大负载的充电电压值U_b，使负载的充电电压值U_b等于充电电压参考值U_b-ref；

所述一次侧发射线圈及补偿电路，包括：

一次侧串联谐振电容C₁、一次侧发射线圈电感L₁、一次侧补偿电感L_t1、一次侧补偿电感L_t2和一次侧补偿电容C_t；

一次侧补偿电感L_t1的一端连接全桥逆变器输出的一端，一次侧补偿电感L_t1的另一端连接一次侧补偿电容C_t的一端和一次侧补偿电感L_t2的一端，一次侧补偿电感L_t2的另一端连接一次侧发射线圈电感L₁的一端，一次侧发射线圈电感L₁的另一端通过一次侧串联谐振电容C₁连接一次侧补偿电容C_t的另一端和全桥逆变器输出的另一端；

所述充电电流参考值I_b-ref根据下述公式计算得到：

其中，U_in为直流输入电压源，I_b为负载的充电电流值，D为Buck电路占空比，α为Boost电路占空比，M为一次侧发射线圈和二次侧接收线圈间的互感值，R_e为全桥整流器的输入阻抗，L_t代替表示一次侧补偿电感L_t1或一次侧补偿电感L_t2，R₂为二次侧接收线圈等效电阻；

充电电压参考值U_b-ref根据下述公式计算得到：

其中，U_b为负载的充电电压值；

一次侧Buck电路的最优输出阻抗值Z_in-opt根据下述公式计算得到：

其中，U_out为Buck电路输出的直流电压值，I_out为Buck电路输出的直流电流值，系统工作角频率ω＝2πf，f为谐振频率，R₁为一次侧发射线圈等效电阻。