一种非接触供电的软开关控制方法及软开关控制电路的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种非接触供电的软开关控制方法及软开关控制电路，软开关控制方法首先通过对非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压、电流的检测和计算得到相位差，然后通过采样比较电路和锁相环电路对逆变其的驱动频率进行调整，主控制芯片的主要作用是在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，经过一段暂态过程后，使得逆变输出电压、电流的相位差为零，从而实现全桥谐振电路的零电压开通和零电流关断。本发明采用的电路简单，非接触电能传输过程中实现了开关管的软开关。即的零电压开通和零电流关断，减小了开关管的损耗，减小了损耗，提高了效率，工作稳定可靠，故障率低。
【专利说明】一种非接触供电的软开关控制方法及软开关控制电路
【技术领域】
[0001]本发明属于功率变换领域和于高频开关电源领域，涉及到非接触供电系统，具体是一种非接触供电的软开关控制电路及软开关控制方法。
【背景技术】
[0002]在非接触电能传输系统中，为了获得最大的传输功率和最大传输效率，在工作过程中由于补偿电容的不同和负载的变化，会使谐振电路的固有谐振频率发生偏移，导致传输功率和传输效率迅速降低。
[0003]目前，非接触电能传输控制电路一般采用全桥硬开关的控制方式，损耗大，开关器件容易损坏，不适合在非接触电能传输领域。如图1所示，传统的全桥软开关技术是移相技术，该控制技术由专门的控制芯片发出四路驱动波形，图1所示为全桥的拓扑，由左上，右上，左下，右下四个开关管组成，每个驱动波形的脉宽一定，左上与右下的驱动波形错开一定角度，右上与左下的驱动波形错开一定的角度，上管与下管有一定的死区时间，通过这种方法来实现软开关控制。这种控制方式的缺陷是空载环流损耗大，带大幅在后占空比丢失严重，整机的效率无法进一步提高，专门的控制芯片相应的成本也比较高。
[0004]在国内关于这方面的研究主要有以下两种控制方法:
[0005]第一种控制方法是利用分段控制方法来调节控制脉冲的移相角，解决多负载切换过程中原边回路的电流变化问题，但此控制方法复杂，没有实际应用。
[0006]第二种控制方法是利用相控电感的动态调谐方式实时调节原边回路的等效固有频率，从而保证系统工作谐振频率的稳定，以实现最大功率传输，但相控电感的控制算法过于复杂，这种控制方法也没有实际应用。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种非接触电能传输的软开关控制电路，电路的原理是:根据补偿电容的不同和负载的变换，在非接触电能传输过程中实现了开关管的软开关，即实现开关管的零电流关断和零电压开通，保证非接触电能传输系统最大的传输功率和最大传输效率，电压(电流)波形接近正弦，电磁干扰小，使整个系统简单，干扰小，工作稳定可靠。
[0008]为了解决上述问题，本发明采取的技术方案如下:
[0009]一种非接触供电的软开关控制方法，其步骤包括:
[0010]1)检测非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压和/或电流，计算得到电压和或电流相位差；驱动电路发出驱动信号产生脉冲信号；
[0011]2)根据采样电路检测得到非接触电能传输系统中感应耦合器原边电流，将该所述原边电流信号与驱动电路发出的驱动信号同时输入到锁相环电路信号输入端；
[0012]3)将所述锁相环的锁相频率设置为非接触传输系统的谐振频率；
[0013]4)在所述非接触电能传输系统上电阶段，主控制芯片产生一段时延的硬开关脉冲完成系统起振，经过暂态过程使得逆变输出电压和/或电流的相位差为零。
[0014]更进一步，主控制芯片在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，当原边电流信号频率与控制信号频率一致时，锁相环电路会输出一个软开关信号给主控制芯片，这时电路工作在软开关状态。
[0015]更进一步，当输出负载变化所述原边电流信号频率与驱动信号频率不一致时，所述锁相环电路用于输出一个不是软开关的信号给主控制芯片，在主控制芯片继续产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，直到原边电流信号频率和驱动信号一致，这时整个电路重新工作在软开关状态。
[0016]更进一步，当逆变输出电压和/或电流的相位差为零时，所述非接触电能传输系统达到最大传输功率。
[0017]更进一步，当逆变输出电压和/或电流的相位差为零时，所述非接触电能传输系统达到最大传输效率。
[0018]本发明还提出一种非接触供电的软开关控制电路，其特征在于，包括非接触电能传输系统、采样电路单元、锁相环电路单元、驱动电路单元以及主控制芯片，
[0019]所述非接触电能传输系统用于提供非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压和/或电流；
[0020]所述采样电路单元用于检测并计算得到电压和/或电流相位差；同时用于测得到非接触电能传输系统中感应耦合器原边电流；并将该所述原边电流信号与驱动电路发出的驱动信号同时输入到锁相环电路单元信号输入端；
[0021]所述锁相环电路单元用于接收到采样电路的输入信号将所述锁相环的锁相频率设置为非接触传输系统的谐振频率；
[0022]所述驱动电路单元用于在电路中发出驱动信号产生脉冲信号；
[0023]所述主控制芯片在所述非接触电能传输系统上电阶段，用于产生一段时延的硬开关脉冲完成系统起振，经过暂态过程使得逆变输出电压和/或电流的相位差为零。
[0024]本发明具有的有益效果:
[0025]1、本发明提供的非接触电能传输的软开关控制电路，首先通过对非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压、电流的检测和计算得到相位差，然后通过采样比较电路和锁相环电路对逆变其的驱动频率进行调整，主控制芯片的主要作用是在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，经过一段暂态过程后，使得逆变输出电压、电流的相位差为零，从而实现全桥谐振电路的零电压开通和零电流关断。本发明对全桥谐振电路的输出电压，电流和驱动频率进行检测，实现了初级发射单元和次级拾取单元之间可以相互分离并且旋转，软开关控制电路全部由硬件电路实现，不需要复杂的控制算法；不仅对负载变化具有自适应控制能力，而且对逆变输出后的所有元器件参数的变化都具有调节作用，保证系统始终工作在谐振状态，使输出功率和传输效率保持最大。只需对电路的输出电压、电流的检测和计算得到相位差，可以使非接触传输系统的原边和副边工作在最大的传输功率和最大的传输效率，提高的电源的效率，减小了损耗，减小了器件开关过程中产生的电磁干扰，提高非接触传输系统的效率。
[0026]2、本发在硬件中加入了死区时间，保证全桥的上下桥臂不会出现直通的现象，提高了系统的可靠性。结构简单，成本低，性能稳定。【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有技术中的全桥拓扑结构；
[0028]图2是本发明的电流采样电路；
[0029]图3是本发明的锁相环控制电路；
[0030]图4是本发明的软开关电路示意图；
[0031]图5是本发明软开关电路的工作时序图
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]在本发明的一实施例中明提供了一种非接触供电的软开关控制电路，首先通过对非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压、电流的检测和计算得到相位差，然后通过采样比较电路和锁相环电路对逆变的驱动频率进行调整，主控制芯片的主要作用是在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，经过一段暂态过程后，使得逆变输出电压、电流的相位差为零，从而实现全桥谐振电路的零电压开通和零电流关断。本发明提供的软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化。软开关电路在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关开通前电压降为0，关断前电流降为0，以消除电压、电流的重叠，降低了电压和电流的变化率，减小了开关损耗和开关噪声。
[0034]通过电流采样电路检测得到非接触电能传输系统中感应耦合器原边电流，将该原边电流信号与驱动电路发出的驱动信号同时输入到锁相环电路信号输入端，将锁相环的锁相频率设置为非接触传输系统的谐振频率，主控制芯片在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，当原边电流信号频率与控制信号频率一致时，锁相环电路会输出一个软开关信号给主控制芯片，这时电路工作在软开关状态。当输出负载变化时，原边电流信号频率与驱动信号频率不一致时，锁相环电路会输出一个不是软开关的信号给主控制芯片，主控制芯片继续产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，直到原边电流信号频率和驱动信号一致，这时整个电路重新工作在软开关状态。
[0035]在本发明的一实施例中根据补偿电容的不同和负载的变换，在非接触电能传输过程中实现了开关管的软开关。本发明的控制芯片第1脚与电阻R16 —引脚、电容C6的一引脚相连，控制芯片的第3脚与第4脚相连、集成电路与门U3A的2脚相连、集成电路或非门的5脚相连,控制芯片的第5脚与第8脚相连、电阻R11 —引脚相连、电阻R12 —引脚相连、电容C7的一引脚相连，控制芯片的第6脚和第7脚分别与电容C5的两个引脚相连，控制芯片的第9脚与电阻R10的一引脚相连、电容C7的另一引脚相连，控制芯片的第11脚与电阻R11的另一引脚相连，控制芯片的第12脚与电阻R12的另一引脚相连，控制芯片的第13脚与电阻R10的另一引脚相连，控制芯片的第14脚是电流信号的输入端，控制芯片的第16脚是芯片的供电输入端。电阻R16的另一引脚与电阻R13的一引脚相连、电阻R17的一引脚相连，电阻R17与三极管Q1的基极相连，电阻R18的一引脚与三极管Q1的集电极相连，集成电路Ml的第4脚与第9脚相连，集成电路U3的第3脚与集成电路Ml的第12脚相连，电阻R14—引脚与集成电路Ml第10脚相连，并输出“左上”和“右下”驱动信号来控制开关管Q1，Q4，电阻R15—引脚与集成电路第13相连，并输出“左下”和“右上”驱动信号来控制开关管Q2，Q3。
[0036]如图2和图3所示，非接触供电的软开关控制电路，首先通过对非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压、电流的检测和计算得到相位差，然后通过采样比较电路和锁相环电路对逆变的驱动频率进行调整，主控制芯片的主要作用是在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，经过一段暂态过程后，使得逆变输出电压、电流的相位差为零，从而实现全桥谐振电路的零电压开通和零电流关断。
[0037]图4是本发明的软开关电路示意图；
[0038]软开关技术软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化。软开关电路在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，开关开通前电压降为0，关断前电流降为0，以消除电压、电流的重叠，降低了电压和电流的变化率，减小了开关损耗和开关噪声。
[0039]通过电流采样电路检测得到非接触电能传输系统中感应耦合器原边电流，将该原边电流信号与驱动电路发出的驱动信号同时输入到锁相环电路信号输入段，将锁相环的锁相频率设置为非接触传输系统的谐振频率，主控制芯片在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，当原边电流信号频率与控制信号频率一致时，锁相环电路会输出一个软开关信号给主控制芯片，这时电路工作在软开关状态。当输出负载变化时，原边电流信号频率与驱动信号频率不一致时，锁相环电路会输出一个不是软开关的信号给主控制芯片，主控制芯片继续产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，直到原边电流信号频率和驱动信号一致，这时整个电路重新工作在软开关状态。
[0040]当输出负载变化时，原边电流信号频率与驱动信号频率不一致时，锁相环电路会输出一个不是软开关的信号给主控制芯片，主控制芯片继续产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，直到原边电流信号频率和驱动信号一致，如图5所示。这时整个电路重新工作在软开关状态。
【权利要求】
1.一种非接触供电的软开关控制方法，其步骤包括:1)检测非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压和/或电流，计算得到电压和/或电流相位差；驱动电路发出驱动信号产生输入脉冲信号；2)根据采样电路检测得到非接触电能传输系统中感应耦合器原边电流，将该所述原边电流信号与驱动电路发出的驱动信号同时输入到锁相环电路信号输入端；3)将所述锁相环的锁相频率设置为非接触传输系统的谐振频率；4)在所述非接触电能传输系统上电阶段，主控制芯片产生一段时延的硬开关脉冲完成系统起振，经过暂态过程使得逆变输出电压和/或电流的相位差为零。
2.如权利要求1所述的非接触供电的软开关控制方法，其特征在于，主控制芯片在系统上电阶段，产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，当原边电流信号频率与控制信号频率一致时，锁相环电路会输出一个软开关信号给主控制芯片，这时电路工作在软开关状态。
3.如权利要求1所述的非接触供电的软开关控制方法，其特征在于，当输出负载变化所述原边电流信号频率与驱动信号频率不一致时，所述锁相环电路用于输出一个不是软开关的信号给主控制芯片，在主控制芯片继续产生一段时延的硬开关脉冲以完成系统起振，直到原边电流信号频率和驱动信号一致，这时整个电路重新工作在软开关状态。
4.如权利要求1所述的非接触供电的软开关控制方法，其特征在于，当逆变输出电压和/或电流的相位差为零时，所述非接触电能传输系统达到最大传输功率。
5.如权利要求1所述的非接触供电的软开关控制方法，其特征在于，当逆变输出电压和/或电流的相位差为零时，所述非接触电能传输系统达到最大传输效率。
6.一种非接触供电的软开关控制电路，其特征在于，包括非接触电能传输系统、采样电路单元、锁相环电路单元、驱动电路单元以及主控制芯片，所述非接触电能传输系统用于提供非接触电能传输系统全桥谐振电路的输出电压和/或电流；所述采样电路单元用于检测并计算得到电压和/或电流相位差；同时用于测得到非接触电能传输系统中感应耦合器原边电流；并将该所述原边电流信号与驱动电路发出的驱动信号同时输入到锁相环电路单兀信号输入端；所述锁相环电路单元用于接收到采样电路的输入信号将所述锁相环的锁相频率设置为非接触传输系统的谐振频率；所述驱动电路单元用于在电路中发出驱动信号产生脉冲信号；所述主控制芯片在所述非接触电能传输系统上电阶段，用于产生一段时延的硬开关脉冲完成系统起振，经过暂态过程使得逆变输出电压和/或电流的相位差为零。
【文档编号】H02M7/48GK103684005SQ201310456137
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】高涛, 朱强, 陈京谊, 刘晓刚, 冯丹, 赵学芸, 李敬, 陈睿, 冯磊, 詹双豪 申请人:航天科工惯性技术有限公司