[發(fā)明專利]一種非接觸供電的軟開關(guān)控制方法及軟開關(guān)控制電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310456137.3
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103684005A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高濤;朱強;陳京誼;劉曉剛;馮丹;趙學(xué)蕓;李敬;陳睿;馮磊;詹雙豪
• 申請（專利權(quán)）人: 航天科工慣性技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率變換領(lǐng)域和于高頻開關(guān)電源領(lǐng)域，涉及到非接觸供電系統(tǒng)，具體是一種非接觸供電的軟開關(guān)控制電路及軟開關(guān)控制方法。

背景技術(shù)

在非接觸電能傳輸系統(tǒng)中，為了獲得最大的傳輸功率和最大傳輸效率，在工作過程中由于補償電容的不同和負(fù)載的變化，會使諧振電路的固有諧振頻率發(fā)生偏移，導(dǎo)致傳輸功率和傳輸效率迅速降低。

目前，非接觸電能傳輸控制電路一般采用全橋硬開關(guān)的控制方式，損耗大，開關(guān)器件容易損壞，不適合在非接觸電能傳輸領(lǐng)域。如圖1所示，傳統(tǒng)的全橋軟開關(guān)技術(shù)是移相技術(shù)，該控制技術(shù)由專門的控制芯片發(fā)出四路驅(qū)動波形，圖1所示為全橋的拓?fù)洌勺笊希疑?，左下，右下四個開關(guān)管組成，每個驅(qū)動波形的脈寬一定，左上與右下的驅(qū)動波形錯開一定角度，右上與左下的驅(qū)動波形錯開一定的角度，上管與下管有一定的死區(qū)時間，通過這種方法來實現(xiàn)軟開關(guān)控制。這種控制方式的缺陷是空載環(huán)流損耗大，帶大幅在后占空比丟失嚴(yán)重，整機的效率無法進一步提高，專門的控制芯片相應(yīng)的成本也比較高。

在國內(nèi)關(guān)于這方面的研究主要有以下兩種控制方法：

第一種控制方法是利用分段控制方法來調(diào)節(jié)控制脈沖的移相角，解決多負(fù)載切換過程中原邊回路的電流變化問題，但此控制方法復(fù)雜，沒有實際應(yīng)用。

第二種控制方法是利用相控電感的動態(tài)調(diào)諧方式實時調(diào)節(jié)原邊回路的等效固有頻率，從而保證系統(tǒng)工作諧振頻率的穩(wěn)定，以實現(xiàn)最大功率傳輸，但相控電感的控制算法過于復(fù)雜，這種控制方法也沒有實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非接觸電能傳輸?shù)能涢_關(guān)控制電路，電路的原理是：根據(jù)補償電容的不同和負(fù)載的變換，在非接觸電能傳輸過程中實現(xiàn)了開關(guān)管的軟開關(guān)，即實現(xiàn)開關(guān)管的零電流關(guān)斷和零電壓開通，保證非接觸電能傳輸系統(tǒng)最大的傳輸功率和最大傳輸效率，電壓（電流）波形接近正弦，電磁干擾小，使整個系統(tǒng)簡單，干擾小，工作穩(wěn)定可靠。

為了解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種非接觸供電的軟開關(guān)控制方法，其步驟包括：

1）檢測非接觸電能傳輸系統(tǒng)全橋諧振電路的輸出電壓和/或電流，計算得到電壓和或電流相位差；驅(qū)動電路發(fā)出驅(qū)動信號產(chǎn)生脈沖信號；

2）根據(jù)采樣電路檢測得到非接觸電能傳輸系統(tǒng)中感應(yīng)耦合器原邊電流，將該所述原邊電流信號與驅(qū)動電路發(fā)出的驅(qū)動信號同時輸入到鎖相環(huán)電路信號輸入端；

3）將所述鎖相環(huán)的鎖相頻率設(shè)置為非接觸傳輸系統(tǒng)的諧振頻率；

4）在所述非接觸電能傳輸系統(tǒng)上電階段，主控制芯片產(chǎn)生一段時延的硬開關(guān)脈沖完成系統(tǒng)起振，經(jīng)過暫態(tài)過程使得逆變輸出電壓和/或電流的相位差為零。

更進一步，主控制芯片在系統(tǒng)上電階段，產(chǎn)生一段時延的硬開關(guān)脈沖以完成系統(tǒng)起振，當(dāng)原邊電流信號頻率與控制信號頻率一致時，鎖相環(huán)電路會輸出一個軟開關(guān)信號給主控制芯片，這時電路工作在軟開關(guān)狀態(tài)。

更進一步，當(dāng)輸出負(fù)載變化所述原邊電流信號頻率與驅(qū)動信號頻率不一致時，所述鎖相環(huán)電路用于輸出一個不是軟開關(guān)的信號給主控制芯片，在主控制芯片繼續(xù)產(chǎn)生一段時延的硬開關(guān)脈沖以完成系統(tǒng)起振，直到原邊電流信號頻率和驅(qū)動信號一致，這時整個電路重新工作在軟開關(guān)狀態(tài)。

更進一步，當(dāng)逆變輸出電壓和/或電流的相位差為零時，所述非接觸電能傳輸系統(tǒng)達(dá)到最大傳輸功率。

更進一步，當(dāng)逆變輸出電壓和/或電流的相位差為零時，所述非接觸電能傳輸系統(tǒng)達(dá)到最大傳輸效率。

本發(fā)明還提出一種非接觸供電的軟開關(guān)控制電路，其特征在于，包括非接觸電能傳輸系統(tǒng)、采樣電路單元、鎖相環(huán)電路單元、驅(qū)動電路單元以及主控制芯片，

所述非接觸電能傳輸系統(tǒng)用于提供非接觸電能傳輸系統(tǒng)全橋諧振電路的輸出電壓和/或電流；

所述采樣電路單元用于檢測并計算得到電壓和/或電流相位差；同時用于測得到非接觸電能傳輸系統(tǒng)中感應(yīng)耦合器原邊電流；并將該所述原邊電流信號與驅(qū)動電路發(fā)出的驅(qū)動信號同時輸入到鎖相環(huán)電路單元信號輸入端；

所述鎖相環(huán)電路單元用于接收到采樣電路的輸入信號將所述鎖相環(huán)的鎖相頻率設(shè)置為非接觸傳輸系統(tǒng)的諧振頻率；

所述驅(qū)動電路單元用于在電路中發(fā)出驅(qū)動信號產(chǎn)生脈沖信號；

所述主控制芯片在所述非接觸電能傳輸系統(tǒng)上電階段，用于產(chǎn)生一段時延的硬開關(guān)脈沖完成系統(tǒng)起振，經(jīng)過暫態(tài)過程使得逆變輸出電壓和/或電流的相位差為零。

本發(fā)明具有的有益效果：