一種非接觸充電開路保護裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非接觸充電開路保護裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)90年來以來，非接觸電能傳輸（ContactlessPowerTransfer,CPT)技術(shù) 因其廣闊的應(yīng)用前景，受到了國內(nèi)外越來越多學(xué)者及相關(guān)領(lǐng)域科研人員的關(guān)注。該技術(shù)可 實現(xiàn)電源端與負(fù)載端的非電氣連接進行電能的非接觸傳輸，因此，在高溫、高濕、高腐蝕、易 爆等惡劣環(huán)境下及生物體內(nèi)、家電、電動汽車等有便利供電要求領(lǐng)域占據(jù)獨特的優(yōu)勢。
[0003] 目前，小功率的非接觸電能傳輸已經(jīng)在便攜式電子產(chǎn)品充電上取得了廣泛的應(yīng) 用，非接觸電能傳輸應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品充電能帶來極大的便利性，節(jié)約大量資源。目前 業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為電動汽車的非接觸充電能夠取得廣泛的應(yīng)用，將非接觸電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于 電動汽車的非接觸充電技術(shù)優(yōu)勢極大。
[0004] 當(dāng)非接觸充電系統(tǒng)工作頻率工作在較低的工作頻率時，非接觸充電系統(tǒng)的輸出特 性呈現(xiàn)電流源特性。實驗表明，當(dāng)非接觸充電系統(tǒng)工作在額定頻率時，在充電過程中斷開 負(fù)載，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生開路，系統(tǒng)輸出電壓將達到1000V以上，直接導(dǎo)致輸出濾波電容發(fā)生擊 穿，產(chǎn)生危險。
[0005] 目前在無線系統(tǒng)中，還沒有申請過相關(guān)的開路保護專利。一般傳統(tǒng)的開路保護電 路都是利用檢測電路檢測開路狀態(tài)，然后通過程序再控制繼電器等開關(guān)單元進行切換操 作，如中國專利：CN102238785A"一種開路保護電路"開路保護模檢測開路保護模塊所連接 的兩端之間的電壓差值，判斷所述電壓差值小于預(yù)設(shè)差值閾值時，使此兩端之間處于斷路 狀態(tài)；判斷所述電壓差值不小于預(yù)設(shè)差值閾值時，使此兩端之間處于短路狀態(tài)。這種控制方 式控制速度較慢，不能滿足無線充電開路保護的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的非接觸充電系統(tǒng)輸出濾波電容發(fā)生擊穿，產(chǎn)生 危險的缺點，提供一種繼電器輸出控制單元的開路保護裝置。本發(fā)明能夠在非接觸充電系 統(tǒng)發(fā)生開路時，通過閉合保護繼電器KP，短路副邊接收線圈，降低系統(tǒng)輸出電壓，保護系統(tǒng) 的輸出端不發(fā)生過壓危險。
[0007] 本發(fā)明裝置包括非接觸電能發(fā)射單元、非接觸電能傳輸單元和非接觸電能接收單 元。非接觸電能發(fā)射單元的輸出端連接非接觸電能傳輸單元輸入端，非接觸電能傳輸單元 的輸出端連接非接觸電能接收單元輸入端。非接觸電能發(fā)射單元將交流220V電源信號通 過逆變轉(zhuǎn)換為高頻信號，經(jīng)過非接觸電能傳輸單元的輸出端發(fā)送出去，非接觸電能接收單 元接收高頻信號，將高頻信號整流成直流信號給負(fù)載充電。
[0008] 所述的非接觸電能發(fā)射單元包括輸入整流單元、逆變器單元和第一控制單元。輸 入整流單元將220V交流電源整流成直流信號，第一控制單元控制逆變器單元將直流信號 逆變?yōu)楦哳l交流信號。
[0009] 所述的非接觸電能傳輸單元由并聯(lián)諧振補償電容和發(fā)射線圈，以及并聯(lián)諧振補償 電容和接收線圈構(gòu)成，發(fā)射線圈和接收線圈均采用諧振補償技術(shù)相互耦合傳輸電能。并聯(lián) 諧振補償電容和發(fā)射線圈將高頻交流信號轉(zhuǎn)換為電磁信號發(fā)送出去，并聯(lián)諧振補償電容和 接收線圈接收電磁信號，同時轉(zhuǎn)化為高頻交流信號。
[0010] 所述的非接觸電能接收單元包括輸出整流單元、比較控制單元、第二控制單元和 負(fù)載。輸出整流單元將接收到的高頻交流信號整流成直流信號，直流信號為輸出開路電壓 V和直流電流A，比較控制單元實時比較非接觸電能接收單元負(fù)載電壓V+和參考電壓，第二 控制單元實時監(jiān)測非接觸電能接收單元開路電壓V和電流A，第二控制單元控制，其中負(fù)載 電壓V+和開路電壓V為同一電壓值。
[0011] 所述的比較控制單元包括繼電器Kp，M0SFET管U1以及比較器U2。比較器U2和 第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5,以及第六電阻R6構(gòu)成 滯回比較器結(jié)構(gòu)。繼電器ΚΡ的觸點Α和觸點Β分別跨接在非接觸電能傳輸單元的輸出側(cè) 的兩端，負(fù)載電壓V+經(jīng)過第二電阻R2和第六電阻R6分壓，接入比較器U2的11端口，5~ 12V弱電系統(tǒng)供電電源VCC為弱電系統(tǒng)供電，5~12V弱電系統(tǒng)供電電源VCC經(jīng)過第三電阻 R3和第五電阻R5分壓后，接入比較器U2的10端口；比較器U2的輸出端13連接M0SFET 管U1的門極G，M0SFET管U1的源極S連接GND地，M0SFET管U1的漏極連接繼電器KP的 6端口，繼電器Kp的觸點5連接電源VCC。
[0012] 第一控制單元根據(jù)第二控制單元的反饋信息，控制非接觸電能發(fā)射單元中的逆變 單元輸出。比較控制單元實時比較非接觸電能接收單元負(fù)載電壓V+和參考電壓，當(dāng)非接觸 電能接收單元負(fù)載出現(xiàn)開路故障時，負(fù)載電壓V+迅速升高，當(dāng)負(fù)載電壓V+大于比較器參考 電壓高電壓閾值UH時比較器輸出高電平，M0SFET管導(dǎo)通，驅(qū)動繼電器Κρ閉合；當(dāng)負(fù)載開路 狀態(tài)故障解除后，負(fù)載電壓V+小于比較器參考電壓低電壓閾值隊時，比較器輸出低電平， M0SFET管關(guān)斷，繼電器Κρ斷開，非接觸充電開路保護裝置恢復(fù)正常。能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸充電 開路保護裝置自恢復(fù)功能。
[0013] 第二控制單元實時監(jiān)測非接觸電能接收單元的開路電壓V和電流Α，第二控制單 元檢測到電流Α發(fā)生畸變，將信息通過無線通信反饋給第一控制單元，第一控制單元控制 逆變器輸出實現(xiàn)保護功能。
[0014] 與現(xiàn)有的保護裝置相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0015] 1.輸出控制繼電器閉合，保護速度快。
[0016] 2.硬件和軟件配合保護，保護可靠性高。
[0017] 3.成本低，可用性高。本裝置能夠通過利用保護繼電器，比較器，以及簡單的采樣 控制單元實現(xiàn)保護功能，操作簡單，易于電路實現(xiàn)。
[0018] 4.負(fù)載開路故障時能夠保護系統(tǒng)，負(fù)載開路故障解除后能夠自動恢復(fù)。
【附圖說明】
[0019] 圖1是非接觸充電開路保護裝置整體結(jié)構(gòu)圖，圖中：1非接觸電能發(fā)射單元、2非接 觸電能傳輸單元、3非接觸電能接收單元。
[0020] 圖2是比較控制單元的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明裝置包括非接觸電能發(fā)射單元1、非接觸電能傳輸單元2和非接觸電能接 收單元3。非接觸電能發(fā)射單元1的輸出端連接非接觸電能傳輸單元2的輸入端，非接觸 電能傳輸單元2的輸出端連接非接觸電能接收單元3的輸入端。非接觸電能發(fā)射單元1將 交流220V電源信號通過逆變轉(zhuǎn)換為高頻信號，經(jīng)過非接觸電能傳輸單元2的輸出端發(fā)送出 去，非接觸電能接收單元3接收高頻信號，將高頻信號整流成直流信號給負(fù)載充電。
[0023] 非接觸電能發(fā)射單元1包括輸入整流單元、逆變器單元和第一控制單元。220V交 流信號連接整流單元的輸入端接，整流單元的輸出端連接逆變器單元的輸入端，逆變器單 元的輸出端連接非接觸電能傳輸單元2的輸入端，第一控制單元連接逆變器單元的控制 端。輸入整流單元將220V交流電源整流成直流信號，第一控制單元控制逆變器單元將直流 信號逆變?yōu)楦哳l交流信號。
[0024] 非接觸電能傳輸單元2由并聯(lián)連接的諧振補償電容C1和發(fā)射線圈L0、并聯(lián)連接的 諧振補償電容C2和接收線圈L1構(gòu)成，發(fā)射線圈L0和接收圈L1均采用諧振補償技術(shù)相互 耦合傳輸電能。并聯(lián)諧振補償電容和發(fā)射線圈將高頻交流信號轉(zhuǎn)換為電磁信號發(fā)送出去， 并聯(lián)諧振補償電容和接收線圈接收電磁信號，同時轉(zhuǎn)化為高頻交流信號。非接觸電能傳輸 單元中的發(fā)射線圈和接收線圈通過感應(yīng)耦合方式實現(xiàn)無線電能傳輸。
[0025] 非接觸電能接收單元3包括輸出整流單元、比較控制單元、第二控制單元和負(fù)載。 比較控制單元的繼電器Kp的觸點A和觸點B的兩端連接輸出整流單元的輸入端，輸出整流 單元的輸出端連接負(fù)載，第二控制單元的負(fù)載電壓檢測端與負(fù)載并聯(lián)連接，比較控制單元 的負(fù)載電壓檢測端與負(fù)載并聯(lián)連接，第二控制單元的負(fù)載電流檢測端與負(fù)載串聯(lián)連接。輸 出整流單元將接收到的高頻交流