[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

说明书

本发明公开了一种无线充电系统及恒流/恒压充电优化的控制方法，属于无线电能传输技术领域。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及一次侧MCU；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及二次侧MCU；本发明通过一次侧的系统对Buck电路输出阻抗进行扰动控制和二次侧的系统对输出电流/电压进行闭环控制，能够将Buck电路输出阻抗稳定在最优输出阻抗值，同时使输出电流/电压稳定在参考值附近，实现了恒流/恒压充电过程中的准确控制以及系统电能传输效率优化，且无需借助无线通信。本申请采样电路的采样对象是直流量，容易实现，硬件要求较低。

技术领域

本发明涉及一种无线充电系统及恒流/恒压充电优化的控制方法，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，无线电能传输技术受到越来越广泛的关注，相比于传统的充电技术，无线充电具有可靠、安全、便捷等优点。

无线充电技术中，恒流充电能够防止充电过程中出现过流充电，而恒压充电能够防止充电过程中出现过压充电。现有的恒流恒压充电控制大部分是通过无线通信的方式完成，这种控制方式需要联合一次侧的系统和二次侧的系统进行数据传输，但在无线通信过程中可能会存在数据丢失、错误、延时等问题，容易造成控制系统运行不稳定，输出电流电压偏差值较大。长期以过大电流或电压充电会导致电池发热量激增，甚至引起旁边的电器元件也发热，最后导致系统无法正常工作。以过小的电流或电压进行充电，则会大大增长充电时间，影响使用。

目前，有研究在接收线圈上加入开路的辅助测量线圈，通过引入辅助测量线圈来判断谐振频率失谐情况，再利用阻抗匹配的方法提升系统的电能传输效率。这种方法采用的辅助测量线圈带有高频变压器，因此成本较高。另外，有研究采用双闭环的控制方式，即一次侧闭环控制实现系统电能传输效率的提升，二次侧闭环控制实现恒流/恒压充电。但这种方法的一次侧闭环控制需要采集二次侧全波整流器的输出电压，因此需要利用无线通信。除此之外，有研究根据阻抗反射原理提出了一种负载参数辨识的方法，只需要测量一次侧输入电压/电流信号就能实现二次侧的负载阻抗的实时辨识，在二次侧无需使用任何通信设备和传感器，但这种方法的缺点是负载辨识精确度不高，导致系统参数计算的精确度也不高，使得充电电流/电压值偏离充电电流/电压参考值后难以修正，引发充电安全问题。

发明内容

为了解决现有无线充电系统借助无线通信的方式进行充电控制所导致系统运行不稳定、系统内部的高频电流电压采样难度大、满足恒流/恒压充电要求的同时难以优化系统电能传输效率的问题，本发明提供了一种基于无线充电系统及恒流/恒压充电优化的控制方法，以实现无线充电技术中对电压/电流的准确控制和系统电能传输效率的优化。

一种无线充电系统，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及一次侧的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及二次侧的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还与一次侧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；