一种无线充电系统及控制方法

技术领域

本发明实施例涉及充电技术领域，尤其涉及一种无线充电系统及控制方法。

背景技术

目前电动汽车汽车无线充电系统，如图1所示，地面交流电经过功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)整流电路、直流变换(DC/DC)电路、逆变电路(DC/AC)电路、谐振网络(即谐振电路)、原边线圈(或称为发射线圈)L1传递至副边线圈(或称为接收线圈)L2、经过副边谐振网络、整流电路传递至副边的电动汽车电池进行充电。然而在充电过程中，由于用户的使用原因，可能会在系统并未自动结束充电的时候要求系统停止充电，这时由于系统突然停止充电以及母线上存在电容原因，造成系统在下次启动的时候不能进行缓启动，从而造成副边大电流冲击，并可能会造成副边设备的损坏。

发明内容

本发明实施例提供一种无线充电系统及控制方法，以解决现有无线充电系统在突然停止充电后，母线电容存储的电能导致系统在下次启动的时候不能进行缓启动的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种无线充电系统，包括：依次并联的第一电路、第一电容、双向直流变换电路、第二电容、逆变电路、谐振电路和发射线圈；

所述第一电路，用于在充电过程中将外接电源的交流电转换为直流电；

所述双向直流变换电路，用于在充电过程中调整所述第一电路输出的电压，并传输至所述逆变电路；

所述逆变电路，用于将所述双向直流变换电路输出的直流电转换为交流电；

所述谐振电路，用于将所述逆变电路输出的交流电传输至所述发射线圈；

所述双向直流变换电路，还用于在所述逆变电路断开后，调整所述第二电容输出的电压，并传输至所述第一电容；

所述第一电路，还用于在所述逆变电路断开后，将所述第一电容的直流电逆变为交流电，并传输至所述外接电源。

可选的，所述第一电路包括第一可控开关管、第二可控开关管、第三可控开关管和第四可控开关管，所述第一可控开关管的第一端与所述第四可控开关管的第一端连接作为所述第一电路的第一端，所述第二可控开关管的第二端与所述第三可控开关管的第二端连接作为所述第一电路的第二端，所述第一可控开关管的第二端与所述第二可控开关管的第一端连接作为所述第一电路的第三端，所述第四可控开关管的第二端与所述第三可控开关管的第一端连接作为所述第一电路的第四端，所述第一电路的第一端、第二端分别与所述第一电容的两端连接，所述第一电路的第三端、第四端分别与所述外接电源的两端连接。

可选的，所述无线充电系统还包括：第一电感，所述第一电感串联在所述外接电源与所述第一电路之间的回路上。

可选的，所述无线充电系统还包括：第一电阻，所述第一电阻串联在所述外接电源与所述第一电路之间的回路上。

可选的，所述无线充电系统还包括：第一开关，所述第一开关与所述第一电阻并联，在所述第一开关闭合时，所述第一电阻短路。

可选的，所述双向直流变换电路包括第五可控开关管、第六可控开关管和第二电感，所述第五可控开关管的第一端作为所述双向直流变换电路的第一端，所述第五可控开关管的第二端分别与所述第二电感的第一端、所述第六可控开关管的第一端连接，所述第六可控开关管的第二端作为所述双向直流变换电路的第二端，所述第二电感的第二端作为所述双向直流变换电路的第三端，所述双向直流变换电路的第一端、第二端分别与所述第一电容的两端连接，所述双向直流变换电路的第二端、第三端分别与所述第二电容的两端连接。

可选的，所述逆变电路包括第七可控开关管、第八可控开关管、第九可控开关管和第十可控开关管，所述第七可控开关管的第一端与所述第十可控开关管的第一端连接作为所述逆变电路的第一端，所述第八可控开关管的第二端与所述第九可控开关管的第二端连接作为所述逆变电路的第二端，所述第七可控开关管的第二端与所述第八可控开关管的第一端连接作为所述逆变电路的第三端，所述第十可控开关管的第二端与所述第九可控开关管的第一端连接作为所述逆变电路的第四端，所述逆变电路的第一端、第二端分别与所述第二电容的两端连接，所述逆变电路的第三端、第四端与所述谐振电路连接。

可选的，所述谐振电路包括第三电感、第三电容和第四电容，所述第三电感的第一端作为所述谐振电路的第一端，所述第三电感的第二端分别与所述第三电容的第一端、所述第四电容的第一端连接，所述第三电容的第二端作为所述谐振电路的第二端，所述第四电容的第二端作为所述谐振电路的第三端，所述谐振电路的第一端、第二端与所述逆变电路连接，所述谐振电路的第二端、第三端与所述发射线圈并联。

可选的，所述无线充电系统还包括：第一电压采样电路和/或第二电压采样电路；

所述第一电压采样电路，用于采集所述第一电容上的电压值；

所述第二电压采样电路，用于采集所述第二电容上的电压值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种控制方法，应用于上述任一种无线充电系统，所述方法包括：

判断当前是需要充电还是需要放电；

若需要充电，控制第一电路将外接电源的交流电转换为直流电；控制双向直流变换电路调整所述第一电路输出的电压，并传输至逆变电路；控制所述逆变电路将所述双向直流变换电路输出的直流电转换为交流电；

若需要放电，控制所述双向直流变换电路调整第二电容输出的电压，并传输至第一电容；控制所述第一电路将所述第一电容的直流电逆变为交流电，并传输至所述外接电源。

在本发明实施例中，通过在停止充电后，将母线电容上存储的电能回馈至外接电源(例如可以是市电电网)，实现母线电容的放电，具体可将第二电容4上的电压降低至接近0V，使得所述无线充电系统在下次充电的时候能够进行缓启动，可以防止副边大电流冲击导致副边设备损坏的问题。

附图说明

图1为现有的一种无线充电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种无线充电系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中的一种无线充电系统的电路结构示意图；

图4为本发明实施例中的一种控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图，包括：依次并联的第一电路1、第一电容2、双向直流变换电路3、第二电容4、逆变电路5、谐振电路6和发射线圈7；

所述第一电路1，用于在充电过程中将外接电源的交流电转换为直流电；

所述双向直流变换电路3，用于在充电过程中调整所述第一电路1输出的电压，并传输至所述逆变电路5；

所述逆变电路5，用于将所述双向直流变换电路3输出的直流电转换为交流电；

所述谐振电路6，用于将所述逆变电路5输出的交流电传输至所述发射线圈7；

所述双向直流变换电路3，还用于在所述逆变电路5断开后，调整所述第二电容4输出的电压，并传输至所述第一电容2；

所述第一电路1，还用于在所述逆变电路5断开后，将所述第一电容2的直流电逆变为交流电，并传输至所述外接电源。

其中，所述外接电源可以是市电。当然，所述无线充电系统还包括接收端电路，所述接收端电路可以采用现有的电路，此处不再详述。第一电容2为母线支撑滤波电容。

本发明实施例提供的无线充电系统，可以在停止充电后，将母线电容上存储的电能回馈至外接电源(例如可以是市电电网)，实现母线电容的放电，具体可将第二电容4上的电压降低至接近0V，从而，所述无线充电系统在下次充电的时候能够进行缓启动，可以防止副边大电流冲击导致副边设备损坏的问题。

下面举例说明上述无线充电系统。

作为其中一种优选的具体实施方式，所述第一电路1包括第一可控开关管、第二可控开关管、第三可控开关管和第四可控开关管，所述第一可控开关管的第一端与所述第四可控开关管的第一端连接作为所述第一电路1的第一端，所述第二可控开关管的第二端与所述第三可控开关管的第二端连接作为所述第一电路1的第二端，所述第一可控开关管的第二端与所述第二可控开关管的第一端连接作为所述第一电路1的第三端，所述第四可控开关管的第二端与所述第三可控开关管的第一端连接作为所述第一电路1的第四端，所述第一电路1的第一端、第二端分别与所述第一电容2的两端连接，所述第一电路1的第三端、第四端分别与所述外接电源的两端连接。

具体的，请参阅图3，所述第一可控开关管可以是功率管Q1、所述第二可控开关管可以是功率管Q2、所述第三可控开关管可以是功率管Q3、所述第四可控开关管可以是功率管Q4，所述第一电容2可以是电容C1。在充电时，所述第一电路1工作在整流状态。在放电时，所述第一电路1工作在逆变状态，将第一电容2上的能量逆变至外接电源，从而降低母线第一电容2的电压。

进一步可选的，所述无线充电系统还包括：第一电感，所述第一电感串联在所述外接电源与所述第一电路1之间的回路上。

请参阅图3，所述第一电感可以是电感Lpf，所述第一电感用于功率因数校正。

进一步可选的，所述无线充电系统还包括：第一电阻，所述第一电阻串联在所述外接电源与所述第一电路1之间的回路上。

具体的，请参阅图3，所述第一电阻可以是电阻R1。

本发明实施例中，在所述无线充电系统启动时，可以通过所述第一电阻对第一电容2进行缓充电，从而实现第一电路1和第一电感组成的功率因数校正整流电路的缓启动。尤其是在所述第一电容2上的电压较小，甚至为零的情况下，如果没有所述第一电阻，在上电瞬间，容易造成大电流，损坏所述第一电路1的元器件，例如导致第一电路1中的可控开关管炸机。也即，所述第一电阻可以避免第一电路1上电瞬间的大电流，进而保护所述第一电路1。

另外，所述第一可控开关管、所述第二可控开关管、所述第三可控开关管和所述第四可控开关管均集成有寄生二极管。在所述无线充电系统启动时，若检测到所述第一电容2的电压小于预设值，则不开启所述第一可控开关管、所述第二可控开关管、所述第三可控开关管和所述第四可控开关管，所述外接电源通过所述第一电阻，以及所述第一可控开关管、所述第二可控开关管、所述第三可控开关管和/或所述第四可控开关管的寄生二极管对所述第一电容2进行充电，直到所述第一电容2上的电压大于所述预设值，根据整流需要控制所述第一可控开关管、所述第二可控开关管、所述第三可控开关管和所述第四可控开关管中的至少之一开启。

进一步可选的，所述无线充电系统还包括：第一开关，所述第一开关与所述第一电阻并联，在所述第一开关闭合时，所述第一电阻短路。

具体的，请参阅图3，所述第一开关可以是继电器S1。

本发明实施例中，所述无线充电系统启动时，若所述第一电容2的电压不为零，且高于继电器闭合电压(也即所述预设值)，可以不需要使用所述第一电阻，可闭合所述第一开关(也即继电器S1)，从而减少系统启动时间，并降低功耗。另外，若所述无线充电系统启动时，所述第一电容2的电压低于继电器闭合电压，甚至为零，则通过所述第一电阻、以及所述第一可控开关管、所述第二可控开关管、所述第三可控开关管和/或所述第四可控开关管的寄生二极管对所述第一电容2进行充电，在所述第一电容2上的电压高于继电器闭合电压(也即所述预设值)时，即可闭合所述第一开关，以降低系统功耗。

可选的，所述双向直流变换电路3包括第五可控开关管、第六可控开关管和第二电感，所述第五可控开关管的第一端作为所述双向直流变换电路3的第一端，所述第五可控开关管的第二端分别与所述第二电感的第一端、所述第六可控开关管的第一端连接，所述第六可控开关管的第二端作为所述双向直流变换电路3的第二端，所述第二电感的第二端作为所述双向直流变换电路3的第三端，所述双向直流变换电路3的第一端、第二端分别与所述第一电容2的两端连接，所述双向直流变换电路3的第二端、第三端分别与所述第二电容4的两端连接。

具体的，请参阅图3，所述第五可控开关管可以是功率管Q5，所述第六可控开关管可以是功率管Q6，所述第二电感可以是电感Lb。

本发明实施例中，充电时，第五可控开关管工作在开关状态，第六可控开关管工作在同步整流状态，所述双向直流变换电路3为buck电路，对作为整流电路的第一电路1输出的电压进行降压，从而控制第二电容4的电压缓慢上升。在放电时，所述双向直流变换电路3为boost电路，将第二电容4存储的能量(或者说是电能)传递至第一电容2。具体的，在放电时，第五可控开关管工作在同步整流状态，第六可控开关管工作在开关状态。

可选的，所述逆变电路5包括第七可控开关管、第八可控开关管、第九可控开关管和第十可控开关管，所述第七可控开关管的第一端与所述第十可控开关管的第一端连接作为所述逆变电路5的第一端，所述第八可控开关管的第二端与所述第九可控开关管的第二端连接作为所述逆变电路5的第二端，所述第七可控开关管的第二端与所述第八可控开关管的第一端连接作为所述逆变电路5的第三端，所述第十可控开关管的第二端与所述第九可控开关管的第一端连接作为所述逆变电路5的第四端，所述逆变电路5的第一端、第二端分别与所述第二电容4的两端连接，所述逆变电路5的第三端、第四端与所述谐振电路6连接。

具体的，请参阅图3，所述第七可控开关管可以是功率管Q7，所述第八可控开关管可以是功率管Q8，所述第九可控开关管可以是功率管Q9，所述第十可控开关管可以是功率管Q10。所述逆变电路5可以将所述双向直流变换电路输出的直流电逆变为高频的方波。当系统接到停止充电的命令后关闭功率管Q7至Q10。

可选的，所述谐振电路6包括第三电感、第三电容和第四电容，所述第三电感的第一端作为所述谐振电路6的第一端，所述第三电感的第二端分别与所述第三电容的第一端、所述第四电容的第一端连接，所述第三电容的第二端作为所述谐振电路6的第二端，所述第四电容的第二端作为所述谐振电路6的第三端，所述谐振电路6的第一端、第二端与所述逆变电路5连接，所述谐振电路6的第二端、第三端与所述发射线圈7并联。

具体的，请参阅图3，所述第三电感可以是电感Lx，所述第三电容可以是电容C3，所述第四电容可以是电容C4。所述逆变电路5输出的高频方波可以经过由电感Lx、电容C3和电容C4组成的谐振网络将能量转递至原边线圈(也即发射线圈)L1，并由原边线圈L1将能量发射至副边。

可选的，所述无线充电系统还包括：第一电压采样电路和/或第二电压采样电路；

所述第一电压采样电路，用于采集所述第一电容2上的电压值；

所述第二电压采样电路，用于采集所述第二电容4上的电压值。

本发明实施例中，在放电过程中，只需要将第二电容4的电压降低至接近0V即可以实现无线充电系统充电时的缓启动，第一电容2的电压只要不超过电容的耐压且满足逆变回馈至外接电源(可以是电网)电压即可以，因此在放电过程中，需要检测第一电容2和第二电容4的电压。在所述第二电容4上的电压降低至接近0V，即可停止放电；在所述第一电容2上的电压不满足逆变回馈至外接电源电压，即可停止放电。

另外，在所述无线充电系统启动时，需要监控所述第一电容2的电压，若所述第一电容2的电压不为零，且高于继电器闭合电压(也即所述预设值)，可以不需要使用所述第一电阻，可控制闭合所述第一开关(也即继电器S1)，从而减少系统启动时间，并降低功耗。另外，若所述无线充电系统启动时，所述第一电容2的电压低于继电器闭合电压，甚至为零，则通过所述第一电阻、以及所述第一可控开关管、所述第二可控开关管、所述第三可控开关管和/或所述第四可控开关管的寄生二极管对所述第一电容2进行充电，在所述第一电容2上的电压高于继电器闭合电压(也即所述预设值)时，即可控制闭合所述第一开关，以降低系统功耗。

可选的，所述无线充电系统，还包括：

控制电路，分别与所述第一可控开关管的受控端、所述第二可控开关管的受控端、所述第三可控开关管的受控端和所述第四可控开关管的受控端连接，用于控制所述第一可控开关管、所述第二可控开关管、所述第三可控开关管和所述第四可控开关管的通断。

具体的，在充电时，控制所述第一电路1工作于整流状态；在放电时，控制所述第一电路1工作于逆变状态。

可选的，所述控制电路还与所述第一开关的受控端连接，在充电时，若所述第一电容2的电压不为零，且高于继电器闭合电压(也即所述预设值)，则控制所述第一开关闭合；若所述第一电容2的电压低于继电器闭合电压，则控制所述第一开关断开。

可选的，所述控制电路还分别与所述双向直流变换电路3的所述第五可控开关管的受控端连接、所述第六可控开关管的受控端连接，用于在充电时，控制所述第五可控开关管工作在开关状态、所述第六可控开关管工作在同步整流状态；在放电时，控制所述第五可控开关管工作在同步整流状态、所述第六可控开关管工作在开关状态。

可选的，所述控制电路还分别与所述逆变电路5的所述第七可控开关管的受控端、所述第八可控开关管的受控端、所述第九可控开关管的受控端和所述第十可控开关管的受控端连接，用于控制所述逆变电路5的启动与关闭。

本发明实施例提供的无线充电系统，实现了母线电容的放电，同时可以降低启动的尖峰电流，实现系统软启动。另外，本发明实施例的放电速度快，即使是在频繁开关机的场景下，也能实现下次启动时的缓启动。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种控制方法的流程示意图，应用于上述的任一种无线充电系统，包括：

步骤41：判断当前是需要充电还是需要放电；

步骤42：若需要充电，控制第一电路1将外接电源的交流电转换为直流电；控制双向直流变换电路3调整所述第一电路1输出的电压，并传输至逆变电路5；控制所述逆变电路5将所述双向直流变换电路3输出的直流电转换为交流电；

步骤43：若需要放电，控制所述双向直流变换电路3调整第二电容4输出的电压，并传输至第一电容2；控制所述第一电路1将所述第一电容2的直流电逆变为交流电，并传输至所述外接电源。

具体的，所述控制方法应用于所述控制电路。

也就是说，所述控制方法在需要充电时，控制所述第一电路1工作于整流状态；在需要放电时，控制所述第一电路1工作于逆变状态。

可选的，所述控制方法还包括：

在判断需要充电时，若所述第一电容2的电压大于预设值，控制所述第一开关闭合；若所述第一电容2的电压小于预设值，控制所述第一开关断开。

可选的，所述控制双向直流变换电路3调整所述第一电路1输出的电压，并传输至逆变电路5，包括：

控制所述第五可控开关管工作在开关状态、所述第六可控开关管工作在同步整流状态。

可选的，所述控制所述双向直流变换电路3调整第二电容4输出的电压，并传输至第一电容2，包括：

控制所述第五可控开关管工作在同步整流状态、所述第六可控开关管工作在开关状态。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。