[發明專利]基于調壓控制的無線充電方法及系統

有效

• 申請號: 202010564793.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111740509B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李聃;孫延鴿;孔燦燦
• 申請（專利權）人: 青島魯渝能源科技有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/80;H02M1/44
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 李祺

本發明提出基于調壓控制的無線充電方法及系統，包括：無線發射步驟，用于通過一發射端將電網接入的交流電經整流濾波、DC/DC變換并經逆變之后產生的高頻交流電激勵發射線圈產生交變電磁場；無線接收步驟，用于通過一接收端的接收線圈利用磁場耦合作用從所述發射線圈產生的交變電磁場中拾取能量，并經整流、濾波轉換成直流電供給負載；充電控制步驟，用于所述發射端通過無線通信獲取所述接收端自負載采集的采樣充電電壓或采樣充電電流，并根據所述采樣充電電壓或采樣充電電流通過調壓控制的方式進行無線充電控制，最終實現恒流或恒壓充電。本發明可以實現系統的高效率充電，同時大幅度降低系統的EMI噪聲水平。

技術領域

本發明屬于無線充電技術領域，尤其涉及一種基于調壓控制的無線充電方法及系統。

背景技術

目前，隨著技術的不斷成熟，移動機器人已經廣泛地應用在各行各業中，用以代替原來人所有進行的工作。但是，移動機器人設備的充電問題，一直是一個影響其效能的關鍵制約因素之一。對于移動機器人的自主充電，傳統的方式采用電極接觸的方式，這種方式存在電火花、漏電、電極氧化等等諸多的缺點，尤其是在快速充電的情況下更為嚴重。為此，采用無線充電技術實現機器人的自動充電是一個理想的選擇。無線充電技術具有非接觸、不用插拔、沒有電火花、安全便利等優點。為了讓無線電能傳輸系統直接輸出低壓大電流給負載，為此一些方案采用在無線電能傳輸系統后級增加一級DC/DC電路。但是這種做法由于增加了一級功率變換，系統的體積增加，效率降低，并且增加了產品的成本。

目前的無線充電系統一般采用頻率調節或移相調節輸出增益的方式，頻率調節方式的優點是調節范圍比較寬，控制方法簡單。但是其缺點是靠近諧振點的區域，調節的增益變化比較陡，很小的頻率變化，就會造成較大的輸出電流的波動。另外，當電池充電接近完成時，充電電流會逐漸下降，系統逐步進入輕載的狀態。如果采用頻率調節方式，系統的工作頻點會遠離系統諧振點，造成系統能量傳輸效率的降低。移相調節方式的優點是調節精度比較高。但是其缺點是在移相的過程中，系統容易進入容性區，在逆變器的驅動上造成較大的干擾，系統的EMI噪聲比較惡劣，嚴重的甚至會造成燒機的問題。

發明內容

為解決上述的技術問題，本發明提供了一種基于調壓控制的無線充電方法及系統，可以實現系統的高效率的同時，也大幅度降低系統的EMI噪聲干擾。

一方面，本發明公開了一種基于調壓控制的無線充電方法，包括：

無線發射步驟，用于通過一發射端將電網接入的交流電經整流濾波、DC/DC變換并經逆變之后產生的高頻交流電激勵發射線圈產生交變電磁場；

無線接收步驟，用于通過一接收端的接收線圈利用磁場耦合作用從所述發射線圈產生的交變電磁場中拾取能量，并經整流、濾波轉換成直流電供給負載；

充電控制步驟，用于所述發射端通過無線通信獲取所述接收端自負載采集的采樣充電電壓或采樣充電電流，并根據所述采樣充電電壓或采樣充電電流通過調壓控制的方式進行無線充電控制，其中，所述調壓控制方式是發射端MCU通過調整DC/DC變換驅動信號的占空比進而調整逆變器的輸入電壓，最終實現恒流或恒壓充電。

進一步的，所述無線接收步驟還包括一高頻交流升壓或降壓環節，所述接收端用一高頻變壓器將發射線圈拾取的高頻交流電進行升壓或降壓變換并輸出。

進一步的，所述充電控制步驟進一步包括：

發射端啟動步驟，用于通過發射端MCU產生逆變驅動信號PWM、DC/DC變換驅動信號PWM1分別驅動所述逆變器和DC/DC變換電路，逆變驅動信號PWM初始頻率為F0，F0是系統啟動的頻率，在該頻率下系統增益較低。DC/DC變換驅動信號PWM1，其初始占空比為D0，該占空比較小，逆變器的輸入電壓較低。然后發射端MCU調整逆變驅動信號PWM信號的工作頻率為F1，該頻率為正常工作頻率。通過設置系統啟動時的頻率F0，和初始占空比為D0，其目的是減小系統上電過程中的電流沖擊，防止系統因浪涌電流過沖而損壞。