[發明專利]非接觸供電裝置諧振頻率自動鎖定的控制電路及控制方法

有效

• 申請號: 202110142714.6
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112928827B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 馬學軍;胡國珍
• 申請（專利權）人: 湖北理工學院
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M7/5387
• 代理公司: 湖北維智聯科知識產權代理事務所(普通合伙) 42291
• 代理人: 陳鴻偉

本發明涉及一種非接觸供電裝置諧振頻率自動鎖定的控制電路及控制方法，控制電路包括主電路、諧振腔、電流傳感器、過零比較器、與非門電路、差分電路和數字信號處理器；所述差分電路的輸出端分別與所述與非門電路的第二輸入端和所述數字信號處理器的第二輸入口連接；所述與非門電路的輸出端與所述數字信號處理器的捕捉口連接。本發明提供的非接觸供電裝置諧振頻率自動鎖定的控制方法基于初級發射線圈電流周期的實時檢測，控制逆變器輸出電壓周期，通過實時計算初級發射線圈電流和逆變器輸出電壓的相位差，利用數字鎖相環算法實時調整開關頻率實現精準鎖相，實現逆變器軟開關，減小逆變器開關損耗和逆變器端口電流，提高傳輸效率。

技術領域

本發明涉及無線供電設備技術領域，特別是涉及一種非接觸供電裝置諧振頻率自動鎖定的控制電路及控制方法。

背景技術

非接觸供電的特點是電源和負載之間無需接觸，通過松耦合進行供電，具有無接觸、無磨損、無火花、防水和防塵等特性，在個人消費電子產品無線充電、電動汽車無線充電、以自動引導小車為主的物流系統等領域，逐漸得到廣泛應用。

現有的非接觸供電一般利用電磁感應原理，初級側電源在初級發射線圈上施加激勵電壓，在空間產生交變磁場。次級接收線圈耦合感應出的電能經過調節后給設備供電。根據不同的應用場景初級發射結構有線圈和電纜兩種方式，前者適合于取電器為非運行型固定結構，后者適用于取電器為沿固定路線運行的運動型結構。

理論分析與實驗結果表明，電纜式發射結構需要配合諧振腔電路，所輸入的方波電壓轉換成同頻率的正弦電流，發射部分的功率與電纜電流成正比。僅當開關頻率等于初級側諧振腔諧振頻率時，即諧振頻率鎖定時，逆變端口的電流才會最小，系統才能獲得最高的功率因數與傳輸效率。為達到這一目的，傳統的處理辦法是采用模擬電路CD4046實現鎖相，需要設計電路對初級側逆變側的輸出電壓和軌道側的輸出電流進行采樣和波形整形，從而調節壓控震蕩器的輸出頻率，使得輸出頻率逐步逼近實際的諧振頻率。但是，這種處理辦法采用模擬鎖相方式，電路比較復雜，不便于進行數字化控制。

發明內容

基于此，有必要針對上述提到的至少一個問題，提供一種非接觸供電裝置諧振頻率自動鎖定的控制電路及控制方法。

第一個方面，本申請提供了一種非接觸供電裝置諧振頻率自動鎖定的控制電路，包括主電路、諧振腔、電流傳感器、過零比較器、與非門電路、差分電路和數字信號處理器；

所述主電路包括相互電連接的三相不控整流橋和逆變橋，所述諧振腔與所述逆變橋通過變壓器和電流傳感器電連接，所述諧振腔的兩個電容通過原邊軌道電纜連接；

所述過零比較器的正輸入端與所述電流傳感器電連接，所述過零比較器的輸出端分別與所述與非門電路的第一輸入端和所述數字信號處理器的第一輸入口連接；

所述差分電路的輸出端分別與所述與非門電路的第二輸入端和所述數字信號處理器的第二輸入口連接；所述與非門電路的輸出端與所述數字信號處理器的捕捉端口連接。

在第一個方面的某些實現方式中，所述三相不控整流橋包括電容組、第一電阻和三組相互并聯的二極管組，每組所述二極管組包括兩個串聯的二極管，兩個所述二極管之間與三相電源的一相連接；所述二極管組的第二端與第一電阻的第一端連接，所述第一電阻與第一開關并聯；所述二極管組的第一端與所述第一電阻的第二端之間連接有電容組。

結合第一個方面和上述實現方式，在第一個方面的某些實現方式中，所述電容組包括串聯的第一電容和第二電容，所述第一電容和所述第二電容為有極電容；所述三相不控整流橋還包括第二電阻、第二開關和第三電容；所述第二電阻的第二端與所述第一電阻的第二端連接，所述第二電阻的第一端與所述二極管組的第一端連接，所述第二電阻與所述第二開關串聯；所述第三電容的第一端分別與所述二極管組的第一端和所述逆變橋的第一端連接，所述第三電容的第二端分別與所述第一電阻的第二端和所述逆變橋的第二端連接。