[發明專利]一種非接觸供電裝置的直接諧振頻率相位跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201910044030.5
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109728633B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 殷正剛;史黎明;潘碩;盧娜;臧曉艷
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;中車唐山機車車輛有限公司
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J50/12;H02M7/5387;H02M3/335
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種非接觸供電裝置的直接諧振頻率相位跟蹤控制方法，所述的非接觸供電裝置包括直流電源(Udc)、逆變電路、初級發射線圈(Lp)、初級諧振補償電容(Cp)、次級接收線圈(Ls)、次級諧振補償電容(Cs)、次級整流電路、濾波電容(Cf)、負載(RL)，以及電流傳感器(CT1)、過零比較電路(C2)和控制器；直流電源(Udc)連接到逆變電路的直流側端口；初級諧振補償電容(Cp)與初級發射線圈(Lp)串聯或并聯構成初級諧振回路；逆變電路的交流側端口連接初級諧振回路；初級發射線圈(Lp)和次級接收線圈(Ls)之間有氣隙，不接觸；次級接收線圈(Ls)與次級諧振補償電容(Cs)串聯或并聯后連接到次級整流電路的交流側端口；次級整流電路的直流側端口并聯有濾波電容(Cf)和負載(RL)；逆變電路由全控功率開關器件和二極管構成，將直流電變換成幅值和頻率可調的方波電壓；控制器包括輸入脈沖捕獲模塊、運算模塊和驅動信號發送模塊；脈沖捕獲模塊的輸入端連接電流過零比較電路的輸出端，脈沖捕獲模塊的輸出端連接運算模塊的輸入端；運算模塊的輸入端連接脈沖捕獲模塊的輸出端，運算模塊的輸出端連接驅動信號發送模塊的輸入端；驅動信號發送模塊的輸出端連接逆變電路的功率開關器件；輸入脈沖捕獲模塊捕捉脈沖信號上升下降沿時刻，運算模塊進行邏輯判斷和數學運算，驅動信號發送模塊用于產生驅動信號，并將驅動信號發送給逆變電路的功率開關器件，控制器接收過零比較電路的輸出信號，經過處理后，輸出驅動信號分別送至逆變電路的功率開關器件；次級接收線圈和次級諧振補償電容構成次級諧振回路；次級整流電路由二極管構成，將接收到電能整流成直流電能，經濾波電容后供給負載；

所述的諧振頻率相位跟蹤控制方法具體步驟為：

步驟1，在第n個諧振周期，電流傳感器(CT1)采集初級發射線圈的電流，然后將電流采樣信號傳輸到過零比較電路C2，過零比較電路C2以脈沖的方式產生電流過零點信息，并輸送到控制器的脈沖捕獲模塊；

步驟2，控制器脈沖捕獲模塊接收過零比較電路C2的過零檢測信號，記錄第n個諧振周期的初級發射線圈電流上升沿或下降沿時刻t_ir(n)；

步驟3，控制器計算電流第n個諧振周期的周期值，即第n個諧振周期電流過零上升沿或下降沿的時刻與第n-1個諧振周期電流過零上升沿或下降沿時刻的間隔：

Ti(n)＝t_ir(n)-t_ir(n-1)

式中，Ti(n)表示電流第n個諧振周期的周期值，t_ir(n)為第n個諧振周期的初級發射線圈電流過零上升沿或下降沿時刻，t_ir(n-1)為第n-1個諧振周期的初級發射線圈電流過零上升沿或下降沿時刻；

對第n個諧振周期電流過零上升沿或下降沿的時刻與第n-1個諧振周期電流過零上升沿或下降沿時刻的時間間隔進行限幅等處理；限幅上限和下限的數值由系統設計階段的諧振頻率疊加頻率偏移范圍得到；頻率偏移范圍通過理論計算或實測各器件最大參數變化范圍下及初次級線圈相對位置最大變化范圍下的諧振頻率變化量，并乘以裕量系數得到；

步驟4，控制器計算第n個諧振周期的逆變器電壓上升沿或下降沿驅動信號t_vr(n)與初級發射線圈電流過零上升沿或下降沿時刻t_ir(n)的相位差：

TΔ(n)＝t_ir(n)-t_vr(n)

式中，TΔ(n)為第n個諧振周期的電流滯后電壓的相位差，t_ir(n)為第n個諧振周期的初級發射線圈電流過零上升沿或下降沿時刻，t_vr(n)為第n個諧振周期的逆變器電壓上升沿或下降沿驅動信號發生時刻；

步驟5，控制器通過設置相關寄存器，設定第n+1個諧振周期的逆變電壓上升沿或下降沿驅動信號時刻為：

t_vr(n+1)＝t_ir(n)+Ti(n)+TΔ(n)-Td

式中，t_vr(n+1)為第n+1個諧振周期的逆變器電壓上升沿或下降沿驅動信號發生時刻，t_ir(n)為第n個諧振周期的初級發射線圈電流過零上升沿或下降沿時刻，Ti(n)表示電流第n個諧振周期的周期值，TΔ(n)為第n個諧振周期的電流滯后電壓的相位差，n表示諧振周期，n≥2，Td為綜合延時補償量，其值取決于初級發射線圈電流采樣延時、信號傳輸延時、控制器處理指令的時間及逆變器死區時間，通過測量等方法得到；

步驟6，控制器通過設置相關寄存器，設定第n+1個諧振周期的逆變器電壓下降沿驅動信號為：

t_vf(n+1)＝t_vr(n+1)+0.5*Ti(n)

式中，t_vf(n+1)為第n+1個諧振周期的逆變器電壓下降沿或上升沿驅動信號發生時刻，t_vr(n+1)為第n+1個諧振周期的逆變器電壓上升沿或下降沿驅動信號發生時刻，Ti(n)表示電流第n個諧振周期的周期值；

通過上述方法調節逆變器輸出電壓的頻率和相位，不斷縮小逆變器輸出電壓與輸出電流的相位差；當逆變器輸出電壓的相位與逆變器輸出電流的相位一致時，認為逆變器的頻率跟蹤到了系統諧振頻率，此時逆變器的功率開關器件在電流為零時關斷，而在電壓為零時開通，降低了功率開關器件的開關損耗。