本實(shí)用新型涉及無(wú)線充電領(lǐng)域，尤其涉及一種恒流恒壓復(fù)合拓?fù)涞臒o(wú)線充電電路。

背景技術(shù)：

為減少環(huán)境污染和緩減能源短缺的危機(jī)，電動(dòng)汽車的發(fā)展受到了世界的普遍關(guān)注，解決電動(dòng)汽車電池充電的問(wèn)題也成為社會(huì)研究的熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車電池充電方法有傳統(tǒng)的接觸式充電和非接觸式充電。與傳統(tǒng)接觸式充電方式相比，無(wú)線充電可避免電火花危險(xiǎn)、減少導(dǎo)線損耗、降低車體重量、具有安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并可應(yīng)用于礦場(chǎng)、海底等一些特殊場(chǎng)合。

松耦合變壓器是無(wú)線充電的核心元件，其分離的原、副邊繞組及較大的距離使其相比緊耦合變壓器具有漏感大、激磁電感小的缺點(diǎn)，故補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)成為無(wú)線充電電路的研究重點(diǎn)，松耦合變壓器必須采用多元件諧振變換器，對(duì)漏感和激磁電感分別補(bǔ)償，提高電壓增益和功率傳輸能力，減小環(huán)流損耗。而在蓄電池充電過(guò)程中，恒流恒壓階段是充電的重要階段，通過(guò)對(duì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)整定、拓?fù)淝袚Q和控制等方式可使無(wú)線充電系統(tǒng)工作在恒流恒壓狀態(tài)。

傳統(tǒng)的在無(wú)線充電系統(tǒng)副邊電路加入斬波控制環(huán)節(jié)，通過(guò)控制斬波電路，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。雖然達(dá)到電壓獨(dú)立負(fù)載輸出，但在無(wú)線電能傳輸整個(gè)拓?fù)潆娐分卸嗉恿艘患?jí)電路，使系統(tǒng)的傳輸效率降低?；蛘咴诖?串補(bǔ)償(S/S)(或者其他單一補(bǔ)償拓?fù)?拓?fù)湎?，在不增加控制的前提下，通過(guò)改變電路參數(shù)，在兩種不同參數(shù)下實(shí)現(xiàn)恒流恒壓輸出。但是實(shí)際應(yīng)用中線圈自感在頻率變化時(shí)也隨之變化，控制系統(tǒng)工作在諧振點(diǎn)處較困難。例如，中國(guó)專利CN 104753152A公開(kāi)了一種恒流-恒壓復(fù)合拓?fù)涞母袘?yīng)式充電系統(tǒng)，該方式可使系統(tǒng)在串/串補(bǔ)償(S/S)拓?fù)潆娐分袑?shí)現(xiàn)恒流輸出，而在并/串補(bǔ)償(P/S)拓?fù)潆娐分袑?shí)現(xiàn)恒壓輸出。雖然該混合拓?fù)潆娐房梢詫?shí)現(xiàn)為電池恒流恒壓充電，但是在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)副邊電池兩端電壓控制原邊諧振電容的切換，因此增加了系統(tǒng)成本和控制難度。

綜上可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)存在以下三個(gè)問(wèn)題：

(1)額外增加功率變換電路以達(dá)到系統(tǒng)的恒壓或恒流控制，增加了電路體積，傳輸效率較低；

(2)單一拓?fù)淇刂葡拢到y(tǒng)較難工作在諧振點(diǎn)處，影響系統(tǒng)功率和效率；

(3)SS/PS可實(shí)現(xiàn)電池恒流恒壓充電，但兩級(jí)控制系統(tǒng)成本高，難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述變換機(jī)構(gòu)級(jí)聯(lián)、控制復(fù)雜、電路體積大、切換開(kāi)關(guān)繁雜的缺陷，提供一種恒流恒壓復(fù)合拓?fù)涞臒o(wú)線充電電路。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種恒流恒壓復(fù)合拓?fù)涞臒o(wú)線充電電路，包括依次連接的第一整流電路、高頻逆變電路、諧振補(bǔ)償電路、第二整流電路，所述諧振補(bǔ)償電路包括原邊補(bǔ)償模塊和副邊補(bǔ)償模塊，其中，

所述原邊補(bǔ)償模塊包括第一電感和第一諧振電容，而且，所述第一諧振電容的第一端連接所述高頻逆變電路的第一輸出端，所述第一諧振電容的第二端連接所述第一電感的第一端，所述第一電感的第二端連接所述高頻逆變電路的第二輸出端；

所述副邊補(bǔ)償模塊包括第二電感、第二諧振電容、第三諧振電容及開(kāi)關(guān)，而且，所述第二諧振電容的第一端連接所述第二整流電路的第一輸入端，所述第二諧振電容的第二端連接所述第二電感的第一端，所述第二電感的第二端連接所述第二整流電路的第二輸入端，所述開(kāi)關(guān)和所述第三諧振電容串聯(lián)在所述第二諧振電容的第一端與所述第二電感的第二端之間；

而且，所述開(kāi)關(guān)在所述第二整流電路所輸出的電壓未達(dá)到電壓目標(biāo)值時(shí)斷開(kāi)，無(wú)線充電電路處于恒流工作模式，所述開(kāi)關(guān)在所述第二整流電路所輸出的電壓達(dá)到電壓目標(biāo)值時(shí)閉合，無(wú)線充電電路處于恒壓工作模式。

優(yōu)選地，所述高頻逆變電路為正激變換電路、反激變換電路、推挽式逆變電路、半橋逆變電路或全橋逆變電路。

優(yōu)選地，所述第一整流電路為PFC整流電路。

優(yōu)選地，所述PFC整流電路包括二極管三相整流橋、第一組開(kāi)關(guān)器件、第二組開(kāi)關(guān)器件、第三組開(kāi)關(guān)器件、第一電解電容、第二電解電容，而且，所述二極管三相整流橋的三個(gè)輸入端分別接入三相交流電壓，所述二極管三相整流橋的正母線端連接所述第一電解電容的正極，所述第一電解電容的負(fù)極連接所述第二電解電容的正極，所述第二電解電容的負(fù)極連接所述二極管三相整流橋的負(fù)母線端，所述第一組開(kāi)關(guān)器件的第一端連接所述二極管三相整流橋的第一輸入端，所述第二組開(kāi)關(guān)器件的第一端連接所述二極管三相整流橋的第二輸入端，所述第三組開(kāi)關(guān)器件的第一端連接所述二極管三相整流橋的第三輸入端，所述第一組開(kāi)關(guān)器件的第二端、所述第二組開(kāi)關(guān)器件的第二端、所述第三組開(kāi)關(guān)器件的第二端分別連接所述第一電解電容的負(fù)極。

優(yōu)選地，所述高頻逆變電路包括第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管，其中，所述第一開(kāi)關(guān)管的第一端連接所述第一整流電路的正母線端，所述第二開(kāi)關(guān)管的第一端連接所述第一整流電路的負(fù)母線端，所述第一開(kāi)關(guān)管的第二端及所述第二開(kāi)關(guān)管的第二端分別連接所述第一諧振電容的第一端，所述第一電感的第二端連接所述第一電解電容的負(fù)端。

優(yōu)選地，還包括與所述第二整流電路相連接的等效負(fù)載電路。

優(yōu)選地，所述等效負(fù)載電路包括蓄電池。

優(yōu)選地，所述等效負(fù)載電路還包括連接在所述第二整流電路和所述蓄電池之間的功率轉(zhuǎn)換電路。

實(shí)施本實(shí)用新型的技術(shù)方案，具有以下有益效果：

1.該無(wú)線充電電路中的諧振補(bǔ)償電路不管是SS拓?fù)溥€是SSP拓?fù)?，均易控制在諧振點(diǎn)處，使無(wú)線充電電路具備較高的輸出功率和傳輸效率；

2.在恒流恒壓充電模式的切換過(guò)程中，該無(wú)線充電電路的諧振網(wǎng)絡(luò)均工作在固定的電壓增益交點(diǎn)處，輸入阻抗角為零的狀態(tài)，此狀態(tài)下開(kāi)關(guān)損耗小，有益于提高無(wú)線充電電路的效率；

3.SS/SSP拓?fù)涞那袚Q僅需一個(gè)切換開(kāi)關(guān)即可使該無(wú)線充電電路工作在恒流恒壓兩種工作狀態(tài)，因此，該SS/SSP拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)器件少、電路體積小、恒流恒壓切換控制較簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附圖中：

圖1是本實(shí)用新型恒流恒壓復(fù)合拓?fù)涞臒o(wú)線充電電路實(shí)施例一的電路圖；

圖2是圖1中的無(wú)線充電電路在恒流充電模式下的電路圖；

圖3是在負(fù)載突變前后圖2中的無(wú)線充電電路的第二整流電路的電流波形圖；

圖4是圖1中的無(wú)線充電電路在恒壓充電模式下的電路圖；

圖5是在負(fù)載突變前后圖4中的無(wú)線充電電路的第二整流電路的電壓波形圖；

圖6是本實(shí)用新型恒流恒壓復(fù)合拓?fù)涞臒o(wú)線充電電路實(shí)施例二的電路圖；

圖7是圖6中的無(wú)線充電電路的第一整流電路實(shí)施例一的電路圖。

具體實(shí)施方式

圖1是本實(shí)用新型恒流恒壓復(fù)合拓?fù)涞臒o(wú)線充電電路實(shí)施例一的電路圖，該實(shí)施例的無(wú)線充電電路包括依次連接的第一整流電路1、高頻逆變電路2、諧振補(bǔ)償電路3、第二整流電路4和等效負(fù)載電路5。

在該實(shí)施例中，第一整流電路1用于將單相市電變換成直流電壓，當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，若輸入電壓為三相交流市電，則該第一整流電路1可為三相的整流電路。另外，優(yōu)選地，該第一整流電路1為PFC整流電路。

在該實(shí)施例中，高頻逆變電路2為全橋逆變電路，且用于將第一整流電路輸出的直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流信號(hào)。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，該高頻逆變電路2還可為正激變換電路、反激變換電路、推挽式逆變電路、半橋逆變電路等。

在該實(shí)施例中，諧振補(bǔ)償電路3包括原邊補(bǔ)償模塊31和副邊補(bǔ)償模塊32。其中，原邊補(bǔ)償模塊31包括第一電感L₁和第一諧振電容C₁，副邊補(bǔ)償模塊32包括第二電感L₂、第二諧振電容C₂、第三諧振電容C₃及開(kāi)關(guān)S₁，而且，第一電感L₁和第二電感L₂相耦合，以組成非接觸變壓器。其中，在原邊補(bǔ)償模塊31中，第一諧振電容C₁的第一端連接高頻逆變電路2的第一輸出端，第一諧振電容C₁的第二端連接第一電感L₁的第一端，第一電感L₁的第二端連接高頻逆變電路2的第二輸出端。在副邊補(bǔ)償模塊32中，第二諧振電容C₂的第一端連接第二整流電路4的第一輸入端，第二諧振電容C₂的第二端連接第二電感L₂的第一端，第二電感L₂的第二端連接第二整流電路4的第二輸入端，開(kāi)關(guān)S₁的第一端連接第二諧振電容C₂的第一端，開(kāi)關(guān)S₁的第二端通過(guò)第三諧振電容C₃連接第二電感L₂的第二端。當(dāng)然，在另一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)S₁與第三諧振電容C₃的位置可互換。

在該實(shí)施例中，第二整流電路4用于將所耦合的高頻交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，該第二整流電路4可包括與之匹配的整流和濾波電路等。

另外，關(guān)于等效負(fù)載電路5，在一個(gè)可選實(shí)施例中，其可具體包括蓄電池，該蓄電池直接與第二整流電路的輸出端相連。當(dāng)然，在另一個(gè)可選實(shí)施例中，還可進(jìn)一步包括功率轉(zhuǎn)換電路，該功率轉(zhuǎn)換電路連接在第二整流電路和蓄電池之間，用于將第二整流電路輸出的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成蓄電池所需的電壓電流信號(hào)。

在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)S₁在第二整流電路4所輸出的電壓未達(dá)到電壓目標(biāo)值時(shí)斷開(kāi)，此時(shí)，該無(wú)線充電電路處于恒流工作模式，開(kāi)關(guān)S₁在第二整流電路4所輸出的電壓達(dá)到電壓目標(biāo)值時(shí)閉合，此時(shí)，無(wú)線充電電路處于恒壓工作模式。其中，電壓目標(biāo)值為當(dāng)蓄電池達(dá)到額定電壓時(shí)，第二整流電路的輸出所對(duì)應(yīng)的電壓。

在圖1所示的無(wú)線充電電路中，諧振補(bǔ)償電路3為SS(原邊串聯(lián)副邊串聯(lián))/SSP(原邊串聯(lián)副邊串并聯(lián))復(fù)合拓?fù)?，其可在恒流充電模式和恒壓充電模式之間切換。

當(dāng)?shù)诙麟娐匪敵龅碾妷何催_(dá)到電壓目標(biāo)值時(shí)，開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，此時(shí)，諧振補(bǔ)償電路3切換到SS拓?fù)?，該無(wú)線充電電路進(jìn)入恒流充電模式。結(jié)合圖2，原邊補(bǔ)償模塊中的第一電感L₁與第一諧振電容C₁發(fā)生諧振，副邊補(bǔ)償模塊中的第二電感L₂與第二諧振電容C₂發(fā)生諧振，諧振頻率此時(shí)的等效輸入阻抗其中，M為非接觸變壓器的互感，且耦合系數(shù)其中n為非接觸變壓器原副邊線圈匝比，L_M為非接觸變壓器的激磁電感。另外，由基波分析法可推算出該恒流充電模式的第二整流電路輸出的電流(當(dāng)蓄電池直接與第二整流電路相連時(shí)，該電流為蓄電池充電電流)I_bat可表示為：其中，D為高頻逆變電路的輸入電壓U_AB的占空比。由此可確定，當(dāng)該SS拓?fù)錆M足諧振頻率時(shí)，蓄電池充電電流I_bat是一個(gè)與負(fù)載無(wú)關(guān)的輸出量，即，無(wú)線充電電路在開(kāi)關(guān)S₁斷開(kāi)時(shí)可工作在恒流工作模式。

通過(guò)對(duì)圖2中的第二整流電路的輸出電流進(jìn)行負(fù)載突變前后的仿真，仿真結(jié)果如圖3所示，當(dāng)在0.006s時(shí)突減負(fù)載，輸出電流I_bat有波動(dòng)，但該波動(dòng)維持約1ms后趨于穩(wěn)定，且負(fù)載突變前后電流幅值不變，即，該無(wú)線充電電路可工作在恒流工作狀態(tài)。

當(dāng)?shù)诙麟娐匪敵龅碾妷哼_(dá)到電壓目標(biāo)值時(shí)，開(kāi)關(guān)S1閉合，此時(shí)，諧振補(bǔ)償電路3切換到SSP拓?fù)?，該無(wú)線充電電路進(jìn)入恒壓充電模式。結(jié)合圖4，原邊補(bǔ)償模塊中的第一電感L₁的等效漏感L_l1與第一諧振電容C₁發(fā)生諧振，副邊補(bǔ)償模塊中的第二電感L₂的等效漏感L_l2與第二諧振電容C₂發(fā)生諧振，激磁電感L_M與第三諧振電容C₃發(fā)生諧振，諧振頻率此時(shí)的等效輸入阻抗其中M為非接觸變壓器的互感，R_eq為第二整流電路后所接的等效負(fù)載，耦合系數(shù)n為非接觸變壓器原副邊線圈匝比。其中，第一電感L₁、第二電感L₂與等效漏感L_l1、L_l2的關(guān)系為：L₁＝L_l1+L_M，L₂＝L_l2+n2L_M。另外，由基波分析法可推算出該恒壓充電模式的第二整流電路的輸出電壓(當(dāng)蓄電池直接與第二整流電路相連時(shí)，該電壓為蓄電池充電電壓)U_bat可表示為由此，可確定出當(dāng)SSP拓?fù)錆M足諧振頻率時(shí)，蓄電池充電電壓U_bat是一個(gè)與負(fù)載無(wú)關(guān)的輸出量，即，無(wú)線充電電路可工作在恒壓工作模式。

通過(guò)對(duì)圖4所示的第二整流電路的輸出電壓進(jìn)行負(fù)載突變前后的仿真，仿真結(jié)果如圖5所示，當(dāng)在仿真時(shí)間0.005s時(shí)突減負(fù)載，輸出電壓U_bat有波動(dòng)，但該波動(dòng)維持約2ms后趨于穩(wěn)定，且負(fù)載突變前后電壓幅值不變，即，該無(wú)線充電電路工作在恒壓工作狀態(tài)。

通過(guò)實(shí)施上述實(shí)施例的技術(shù)方案，由于將SS拓?fù)浜蚐SP拓?fù)鋬煞N諧振補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)合到同一個(gè)無(wú)線充電電路中，并通過(guò)開(kāi)關(guān)切換該無(wú)線充電電路工作在恒流或恒壓工作模式，所以，具有以下效果：

1.SS拓?fù)渲还ぷ髟诤懔鳡顟B(tài)下，只需保證SS配置在恒流狀態(tài)的諧振參數(shù)，即，只需要保證第一諧振電容與第一電感諧振，第二諧振電容與第二電感諧振即可，無(wú)需兼顧恒壓狀態(tài)。而SSP拓?fù)渲还ぷ髟诤銐籂顟B(tài)下，而且，在電壓增益點(diǎn)處，電路工作于諧振狀態(tài)，故電路輸出恒壓點(diǎn)即為電路諧振點(diǎn)。也就是說(shuō)，不管是SS拓?fù)溥€是SSP拓?fù)?，均易控制在諧振點(diǎn)處，使無(wú)線充電電路具備較高的輸出功率和傳輸效率；

2.在恒流恒壓充電模式的切換過(guò)程中，該無(wú)線充電電路的諧振網(wǎng)絡(luò)均工作在固定的電壓增益交點(diǎn)處，輸入阻抗角為零的狀態(tài)，此狀態(tài)下開(kāi)關(guān)損耗小，有益于提高電路效率；

3.SS/SSP拓?fù)涞那袚Q僅需一個(gè)切換開(kāi)關(guān)即可使該無(wú)線充電電路工作在恒流恒壓兩種工作狀態(tài)。該復(fù)合拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)器件少、電路體積小、恒流恒壓切換控制較簡(jiǎn)單。

圖6是本實(shí)用新型恒流恒壓復(fù)合拓?fù)涞臒o(wú)線充電電路實(shí)施例二的電路圖。該實(shí)施例中，第一整流電路為PFC整流電路。

圖7是圖6中的無(wú)線充電電路的第一整流電路實(shí)施例一的電路圖，如圖7所示，該實(shí)施例中PFC整流電路包括二極管三相整流橋D₁₁、第一組開(kāi)關(guān)器件Q₁、第二組開(kāi)關(guān)器件Q₂、第三組開(kāi)關(guān)器件Q₃、第一電解電容C₁₁、第二電解電容C₁₂，此處需說(shuō)明的是，每組開(kāi)關(guān)器件均為四個(gè)開(kāi)關(guān)管的組合。而且，二極管三相整流橋D₁₁的三個(gè)輸入端分別接入三相交流電壓，二極管三相整流橋D₁₁的正母線端連接第一電解電容C₁₁的正極，第一電解電容C₁₁的負(fù)極連接第二電解電容C₁₂的正極，第二電解電容C₁₂的負(fù)極連接二極管三相整流橋D₁₁的負(fù)母線端，第一組開(kāi)關(guān)器件Q₁的第一端連接二極管三相整流橋D₁₁的第一輸入端，第二組開(kāi)關(guān)器件Q₂的第一端連接二極管三相整流橋D₁₁的第二輸入端，第三組開(kāi)關(guān)器件Q₃的第一端連接二極管三相整流橋D₁₁的第三輸入端，第一組開(kāi)關(guān)器件Q₁的第二端、第二組開(kāi)關(guān)器件Q₂的第二端、第三組開(kāi)關(guān)器件Q₃的第三端分別連接第一電解電容的負(fù)極。

進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)谝徽麟娐返碾娐方Y(jié)構(gòu)為圖7所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于第一整流電路輸出為正負(fù)母線，因此高頻逆變電路不需要采用全橋逆變，采用半橋逆變即可，結(jié)合圖6，該高頻逆變電路2包括第一開(kāi)關(guān)管Q₄和第二開(kāi)關(guān)管Q₅，其中，第一開(kāi)關(guān)管Q₄的第一端連接第一整流電路的正母線端，第二開(kāi)關(guān)管Q₅的第一端連接第一整流電路的負(fù)母線端，第一開(kāi)關(guān)管Q₄的第二端及第二開(kāi)關(guān)管Q₅的第二端分別連接第一諧振電容C₁的第一端，第一電感L₁的第二端連接第一電解電容C₁₁的負(fù)端。在該實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)管Q₄和第二開(kāi)關(guān)管Q₅交替導(dǎo)通，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管Q₄導(dǎo)通時(shí)，正母線提供能量；當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管Q₅導(dǎo)通時(shí)，負(fù)母線提供能量。

采用本申請(qǐng)的上述實(shí)施例，可使電路工作在恒流或恒壓工作狀態(tài)，所需開(kāi)關(guān)數(shù)量少、電路體積小、控制簡(jiǎn)單，電路輸出功率和傳輸效率較高。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何纂改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。