[發(fā)明專利]電壓型IPT系統(tǒng)效率優(yōu)化控制電路及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310371286.X
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103414260A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高立克;唐春森;祝文姬;王智慧;吳智丁;孫躍;吳麗芳;蘇玉剛;吳劍豪;戴欣;李克文;葉兆虹;俞小勇;李珊
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院;重慶大學(xué)
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 重慶為信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及感應(yīng)電能傳輸（Inductive?Power?Transfer，IPT）技術(shù)，尤其涉及一種電壓型IPT系統(tǒng)效率優(yōu)化控制電路及其控制方法。

背景技術(shù)

感應(yīng)電能傳輸技術(shù)（Inductive?Power?Transfer），簡稱IPT技術(shù),是一種通過電磁耦合以非接觸式方式向負(fù)載傳遞能量的一項新技術(shù)。與傳統(tǒng)導(dǎo)體供電方式相比，由于IPT系統(tǒng)的能量傳輸介質(zhì)是電磁場，擁有安全、可靠、靈活的特點，從而廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生物體供電、電動汽車無線充供電等不適合使用傳統(tǒng)導(dǎo)線方式供電的場合。

作為一種能量傳輸技術(shù)，傳輸效率尤為重要。為了實現(xiàn)對原邊的控制、保護(hù)以及保證副邊輸出電壓的穩(wěn)定，IPT系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中通常在原、副邊都設(shè)有功率調(diào)節(jié)電路，同時改變原、副邊功率調(diào)節(jié)電路的運行狀態(tài)，可以在保證副邊輸出電壓穩(wěn)定的條件下提高系統(tǒng)效率。對于原、副邊不對稱的系統(tǒng)，如導(dǎo)軌供電系統(tǒng)，效果尤為明顯。

現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示的原、副邊均為串聯(lián)諧振型的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)，簡稱SS型IPT系統(tǒng)。由于原邊不具有自恒流能力，通常會使用Buck-Boost等調(diào)壓電路實現(xiàn)原邊的恒流控制及保護(hù)。與此同時，為了在副邊得到穩(wěn)定的輸出電壓，常常也會在副邊添加相應(yīng)的穩(wěn)壓電路。這樣的設(shè)計在一定程度上雖然可以保證系統(tǒng)輸入、輸出的穩(wěn)定，但是系統(tǒng)傳輸效率并不能達(dá)到最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種電壓型IPT系統(tǒng)效率優(yōu)化控制電路及其控制方法，以電壓型IPT系統(tǒng)為背景，通過分析傳輸效率與原、副邊電流的關(guān)系，采用原、副電流比控制的思想對IPT系統(tǒng)的原邊輸入電流以及副邊輸出電壓進(jìn)行控制，在保證輸出電壓穩(wěn)定的同時使系統(tǒng)在寬負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)了最大效率的輸出。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

首先提出一種電壓型IPT系統(tǒng)效率優(yōu)化控制電路，包括原邊控制電路和副邊控制電路，所述原邊控制電路包括原邊調(diào)壓電路、高頻逆變電路、原邊補(bǔ)償電路以及原邊線圈，所述副邊控制電路包括副邊線圈、副邊補(bǔ)償電路、整流濾波電路以及副邊調(diào)壓電路，在原邊調(diào)壓電路的輸入端連接電源，在副邊調(diào)壓電路的輸出端連接負(fù)載，其關(guān)鍵在于：

在所述原邊控制電路中設(shè)置有原邊電流檢測模塊，在所述副邊控制電路中設(shè)置有副邊電流檢測模塊，所述原邊電流檢測模塊和副邊電流檢測模塊分別將檢測到的原邊電流信號I_P和副邊電流信號I_S送入原、副邊電流比控制器中，該原、副邊電流比控制器根據(jù)原邊電流信號I_P、副邊電流信號I_S以及電流比預(yù)設(shè)值K_ref確定電流參考值I_ref；

在所述原邊控制電路中還設(shè)置有原邊線圈恒流控制模塊，該原邊線圈恒流控制模塊根據(jù)原邊電流信號I_P以及原、副邊電流比控制器輸出的電流參考值I_ref控制原邊調(diào)壓電路工作；

在所述副邊控制電路中設(shè)置有副邊恒壓控制模塊，該副邊恒壓控制模塊根據(jù)輸出電壓采樣值V_out與輸出電壓預(yù)設(shè)值V_ref控制所述副邊調(diào)壓電路工作。

在本設(shè)計中，利用副邊恒壓控制模塊保證副邊恒壓輸出，然后通過原、副邊的電流檢測，利用原、副邊電流比控制器對原、副邊的電流比進(jìn)行控制，在IPT系統(tǒng)中，當(dāng)原邊電壓恒定時，副邊電壓與副邊電壓增益的關(guān)系既不是正相關(guān)也不是負(fù)相關(guān)，而是在某一個電壓增益處取得最大值。對于電壓型IPT系統(tǒng)而言，最大輸出電壓對應(yīng)的電壓增益通常較小，無法滿足系統(tǒng)要求，因此需要設(shè)置原邊恒流控制環(huán)節(jié)，本方案中采用原邊線圈恒流控制模塊實現(xiàn)恒流控制，最終達(dá)到系統(tǒng)輸出效率的最優(yōu)。

為了實現(xiàn)電流和電壓的采集，所述原邊電流檢測模塊與副邊電流檢測模塊均采用型號為CSNP661的電流傳感器模塊，所述輸出電壓采樣值V_out由電壓傳感器模塊CHV-25P采集。實施過程中，上述各個模塊也可以根據(jù)系統(tǒng)的功率級別選定其他型號。

對于原、副邊嚴(yán)格要求非接觸的系統(tǒng)而言，所述副邊電流檢測模塊通過無線通訊模塊將檢測到副邊電流信號I_S送入所述原、副邊電流比控制器中，通過無線通信的方式保證副邊電流信號I_S的準(zhǔn)確傳輸。