软开关电源电路和无线充电系统的制作方法

1.本实用新型涉及无线充电领域，特别是涉及一种用于无线充电功率传输中使用的软开关电源电路。以及，一种具有所述软开关电源电路的无线充电系统。


背景技术：

2.近年来新能源汽车发展迅速，越来越多的人开始选择接受电动汽车这种环保的出行方式。同时也被许多汽车厂家认为是未来汽车发展的方向，而且都投入了大笔资金进行研发。
3.无线充电系统主要分划分为墙端设备(电能转换装置wall box)、原边线圈(bp)、车端控制器(vcu)和副边线圈(vp)。其中，原边线圈(bp)需要安装或放置在地面。无线充电的收发线圈，主要进行功率收发传送作用，是无线充电能量转换的关键，由于无线充电需要大功率、高频率进行无线充电收发，因此无线充电的功率传输通常使用开关电源技术。目前，主要使用软开关lcc拓补。现有的软开关lcc拓补参考图1所示，直流dc输入经过三极管q1、q2、q3、q4组成的h桥转化为高频斩波，然后经过谐振电感lfp和谐振电容cfp、cp1、cp2以及变压器tl4(无线充电收发线圈)组成的lcc软开关谐振电路的原边部分。副边部分经过谐振电容cs1、cs2、cfs和谐振电感lfs，输出交流电给后级负载r0。
4.现有结构在收发线圈上会产生较大的电流尖峰和电压尖峰，从而造成fod感应线圈上有较大的感应电压，影响无线充电异物检测的采样精度，降低fod的灵敏度，增加异物无法被及时检测到的风险。因为无线充电采样的是高频开关电源技术，而功率回路中的开关管和电感是非理想器件，故存在很多分布参数，这就造成了电路中不可避免的存在很多高频开关噪声，所以收发线圈上也存在很多高频电压电流谐波，而fod检测板放置于发射线圈正上方，所以会接收到很多不需要的高频信号。
5.中国专利cn211148940u，公开了采用两个线圈反相绕制的方法来抵消感应电压，当磁力线穿过相邻的两个线圈时，产生两个方向相反的感应电压，彼此抵消，理论上可以使得外磁场引起的感应电压完全抵消，但是这样会丧失利用fod线圈给车辆定位功能的优势，并且没有从源头上减少系统中的高频噪声电压。


技术实现要素：

6.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
7.本实用新型要解决的技术问题是提供一种能从根源抑制高频开关噪声电压的软开关电源电路。
8.相应的，本实用新型还提供了一种具有所述软开关电源电路的无线充电系统。
9.软开关(soft-switching)是相对硬开关(hard-switching)而言的。软开关是使用
软开关技术的开关过程。理想的软开关过程是电流或电压先降到零，电压或电流再缓慢上升到断态值，所以开关损耗近似为零。
10.为解决上述技术问题，本实用新型提供的第一种软开关电源电路，包括：
11.高频斩波转换电路，其输入连接于直流电源，其第一端经第一振荡元件和第一储能元件连接变压器原边第一端，其第二端经第二储能元件连接变压器原边第二端；
12.第三储能元件，其第一端连接在第一振荡元件和第一储能元件之间，其第二端连接在第二储能元件和第三振荡元件之间；
13.变压器，其副边第一端经过第四储能元件和第二振荡元件连接负载第一端，其副边第二端经过第五储能元件连接负载第二端；
14.第六储能元件，其第一端连接在第四储能元件和第二振荡元件之间，其第二端连接负载第二端；
15.第三振荡元件，其连接在高频斩波转换电路第二端和第二储能元件之间。
16.可选的，进一步改进所述的软开关电源电路，第一振荡元件和第三振荡元件形成磁耦合谐振。
17.可选的，进一步改进所述的软开关电源电路，第一振荡元件、第二振荡元件和第三振荡元件是电感，第一储能元件、第二储能元件、第三储能元件、第四储能元件和第五储能元件是电容。进一步的，第一振荡元件和第三振荡元件是上下对称的谐振电感，第一振荡元件和第三振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致。
18.可选的，进一步改进所述的软开关电源电路，还包括：
19.第四振荡元件，其连接在变压器副边第二端和第六储能元件第二端之间；
20.第六储能元件，其第二端连接在第五储能元件和第四振荡元件之间。
21.可选的，进一步改进所述的软开关电源电路，第二振荡元件和第四振荡元件形成磁耦合谐振。
22.可选的，进一步改进所述的软开关电源电路，第一振荡元件、第二振荡元件、第三振荡元件和第四振荡元件是电感，第一储能元件、第二储能元件、第三储能元件、第四储能元件和第五储能元件是电容。
23.进一步的，第二振荡元件和第四振荡元件是上下对称的谐振电感，第二振荡元件和第四振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致。
24.为解决上述技术问题，本实用新型提供的第二种软开关电源电路，包括：
25.高频斩波转换电路，其输入连接于直流电源，其第一端经第一振荡元件和第一储能元件连接变压器原边第一端，其第二端经第二储能元件连接变压器原边第二端；
26.第三储能元件，其第一端连接在第一振荡元件和第一储能元件之间，其第二端连接高频斩波转换电路第二端；
27.变压器，其副边第一端经过第四储能元件和第二振荡元件连接负载第一端，其副边第二端经过第五储能元件和第四振荡元件连接负载第二端；
28.第六储能元件，其第一端连接在第四储能元件和第二振荡元件之间，其第二端连接在七谐振器和第四振荡元件之间；
29.第四振荡元件，其连接在第五储能元件和负载第二端之间。
30.可选择的，进一步改进所述的软开关电源电路，第二振荡元件和第四振荡元件形
成磁耦合谐振。
31.可选择的，进一步改进所述的软开关电源电路，第一振荡元件、第二振荡元件和第四振荡元件是电感，第一储能元件、第二储能元件、第三储能元件、第四储能元件和第五储能元件是电容。
32.进一步的，第二振荡元件和第四振荡元件是上下对称的谐振电感，第二振荡元件和第四振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致。
33.本实用新型还提供了一种上述任意一项所述软开关电源电路的无线充电系统。
34.本实用新型的工作原理如下：
35.参考图1所示，变压器tl4是无线充电的发射线圈和接收线圈，对于变压器tl4原边线圈两端对地电压由于电感lfp的存在而不对称，造成对地共模压差；并且三极管q1和三极管q3的中点以及三极管q2和三极管q4的中点一直处于高频开关状态且属于悬浮电平，变压器tl4原边的上端有电感lfp进行电流的抑制，而变压器tl4原边的下端直接通过电容cp2连接到q1和q3的中点，电容对高频电流没有抑制作用，所以又造成了变压器tl4原边两端对电流抑制能力的差异。由于上述不对称性，现有技术中变压器tl4产生额外的差模和共模的高频电压电流，并且通过磁耦合方式耦合到fod感应线圈上。同理可分析现有技术电感lfs的不对称性。
36.本实用新型的主要设计思路是使变压器tl4原边和副边谐振电感对称分布，从而减少上述的差模和共模的高频电压电流。因此，通过增加第三振荡元件和/或第四振荡元件，通过第三振荡元件和第四振荡元件分别与第一振荡元件和第二振荡元件形成磁耦合谐振，保证总电感量不变的情况下，将原有电感的两个电气节点拆分为两个线圈构成的4个电气节点，串联在电路的上下两条功率流中，降低现有软开关电源电路拓补功率回路的高频尖峰，降低收发线圈上的电流尖峰和电压尖峰，减少fod感应线圈上的感应电压，提高fod采样精度，并且同时保证fod具有车辆定位的作用，节省产品体积和降低生产成本，提高系统集成度。
附图说明
37.本实用新型附图旨在示出根据本实用新型的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本实用新型附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本实用新型附图不应当被解释为限定或限制由根据本实用新型的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
38.图1是现有软开关电源电路结构示意图。
39.图2是本实用新型第一实施例结构示意图。
40.图3是本实用新型第二实施例结构示意图。
41.图4是本实用新型第三实施例结构示意图。
42.图5是本实用新型第四实施例结构示意图。
43.图6是本实用新型第五实施例结构示意图。
44.图7是本实用新型第六实施例结构示意图。
45.附图标记说明
46.直流电源dc
47.第一振荡元件lfp1
48.第一储能元件cp1
49.第二储能元件cp2
50.第三储能元件cfp
51.第四储能元件cs1
52.第二振荡元件lfs1
53.第五储能元件cs2
54.第六储能元件cfs
55.第三振荡元件lfp2
56.第四振荡元件lfs2
57.变压器t14
58.负载ro。
具体实施方式
59.以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本实用新型的其他优点与技术效果。本实用新型还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离实用新型总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实用新型下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
60.应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本实用新型的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、组件、区域、层或部分。下述各实施例的变压器等同于无线充电的原边线圈和副边线圈。
61.第一实施例；
62.如图2所示，本实用新型提供一种软开关电源电路，包括：
63.高频斩波转换电路，其输入连接于直流电源，其第一端经第一振荡元件lfp1和第一储能元件cp1连接变压器t14原边第一端，其第二端经第二储能元件cp2连接变压器t14原边第二端；
64.本实施例中，该高频斩波转换电路采用h桥，包括四个三极管q1～q4；
65.第三储能元件cfp，其第一端连接在第一振荡元件lfp1和第一储能元件cp1之间，
其第二端连接在第二储能元件cp2和第三振荡元件lfp2之间；
66.变压器t14，其副边第一端经过第四储能元件cs1和第二振荡元件lfs1连接负载r0第一端，其副边第二端经过第五储能元件cs2连接负载r0第二端；
67.第六储能元件cfs，其第一端连接在第四储能元件cs1和第二振荡元件lfs1之间，其第二端连接负载r0第二端；
68.第三振荡元件lfp2，其连接在高频斩波转换电路第二端和第二储能元件cp2之间。
69.其中，第一振荡元件、第二振荡元件和第三振荡元件是电感，第一储能元件、第二储能元件、第三储能元件、第四储能元件和第五储能元件是电容。
70.第二实施例；
71.如图3所示，该第二实施例是在上述第一实施例基础上进行的改进，相同的部分不再赘述。第一振荡元件和第三振荡元件形成磁耦合谐振，第一振荡元件和第三振荡元件形成上下对称的谐振电感，第一振荡元件和第三振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致。
72.第三实施例；
73.如图4所示，本实用新型提供一种软开关电源电路，包括：
74.高频斩波转换电路，其输入连接于直流电源，其第一端经第一振荡元件lfp1和第一储能元件cp1连接变压器t14原边第一端，其第二端经第二储能元件cp2连接变压器t14原边第二端；
75.本实施例中，该高频斩波转换电路采用h桥，包括四个三极管q1～q4；
76.第三储能元件cfp，其第一端连接在第一振荡元件lfp1和第一储能元件cp1之间，其第二端连接在第二储能元件cp2和第三振荡元件lfp2之间；
77.变压器t14，其副边第一端经过第四储能元件cs1和第二振荡元件lfs1连接负载r0第一端，其副边第二端经过第五储能元件cs2连接负载r0第二端；
78.第六储能元件cfs，其第一端连接在第四储能元件cs1和第二振荡元件lfs1之间，其第二端连接在第五储能元件cs2和第四振荡元件lfs2之间；
79.第三振荡元件lfp2，其连接在高频斩波转换电路第二端和第二储能元件cp2之间；
80.第四振荡元件lfs2，其连接在变压器t14副边第二端和第六储能元件cfs第二端之间。
81.其中，第一振荡元件、第二振荡元件、第三振荡元件和第四振荡元件是电感，第一储能元件、第二储能元件、第三储能元件、第四储能元件和第五储能元件是电容。
82.第四实施例；
83.如图5所示，该第四实施例是在上述第三实施例基础上进行的改进，相同的部分不再赘述。第一振荡元件和第三振荡元件形成磁耦合谐振，第二振荡元件和第四振荡元件形成磁耦合谐振。第一振荡元件和第三振荡元件形成上下对称的谐振电感，第二振荡元件和第四振荡元件形成上下对称的谐振电感。第一振荡元件和第三振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致。第二振荡元件和第四振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致
84.第五实施例；
85.如图6所示，本实用新型提供一种软开关电源电路，包括：
86.高频斩波转换电路，其输入连接于直流电源，其第一端经第一振荡元件lfp1和第一储能元件cp1连接变压器t14原边第一端，其第二端经第二储能元件cp2连接变压器t14原边第二端；
87.本实施例中，该高频斩波转换电路采用h桥，包括四个三极管q1～q4；
88.第三储能元件cfp，其第一端连接在第一振荡元件lfp1和第一储能元件cp1之间，其第二端连接高频斩波转换电路第二端；
89.变压器t14，其副边第一端经过第四储能元件cs1和第二振荡元件lfs11连接负载r0第一端，其副边第二端经过第五储能元件cs2和第四振荡元件lfs2连接负载第二端；
90.第六储能元件cfs，其第一端连接在第四储能元件cs1和第二振荡元件lfs11之间，其第二端连接在七谐振器cs2和第四振荡元件lfs2之间；
91.第四振荡元件lfs2，其连接在第五储能元件cs2和负载r0第二端之间。
92.其中，第一振荡元件、第二振荡元件和第四振荡元件是电感，第一储能元件、第二储能元件、第三储能元件、第四储能元件和第五储能元件是电容，第二振荡元件和第四振荡元件形成磁耦合谐振，第二振荡元件和第四振荡元件形成磁耦合谐振。
93.进一步改进上述第三实施例，第二振荡元件和第四振荡元件形成上下对称的谐振电感，第二振荡元件和第四振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致。
94.第六实施例；
95.如图7所示，该第六实施例是在上述第五实施例基础上进行的改进，相同的部分不再赘述。第二振荡元件和第四振荡元件形成磁耦合谐振，第二振荡元件和第四振荡元件形成上下对称的谐振电感。第二振荡元件和第四振荡元件两个电感绕阻电感量几乎一致，优选为完全一致
96.第七实施例；
97.本实用新型提供一种上述第一实施例～第三实施例任意一项所述软开关电源电路的无线充电系统，该无线充电系统的墙端设备、车端控制器和副边线圈(车载)可以选用任意一种现有技术中的产品/设备。
98.除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本实用新型所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
99.以上通过具体实施方式和实施例对本实用新型进行了详细的说明，但这些并非构成对本实用新型的限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。