无线充电在新能源汽车领域 无线充电在手机领域的应用的普及早已不是什么新闻。近日，苹果公司最新申请的专利透露，在未来，苹果笔记本有望为iPhone等苹果移动设备无线充电，说明无线充电已经开始为消费者所接受，消费电子巨头开始逐渐培养用户习惯，应用前景广阔。如今，即使在汽车上也会带上手机无线充电的配套设施，而无线充电在电动汽车领域的应用普及就远不如手机，主要因为市场缺乏统一标准。
2020年5月，国家发布的关于“电动汽车无线充电”的一系列国家统一标准规定，预示着无线充电在新能源汽车领域的发展将会有质的飞跃。
无线充电与传统充电桩相比，优点甚多：1.占地面积小，单位可充电车辆多。2.极大提升用户体验，操作便捷。3.安全性能提升，雨水环境和金属端子损坏对充电的限制程度大大降低。4.解决电动汽车续航焦虑等。但此技术也有许多待解决的问题，例如耦合线圈的优化、充电过程位置偏移而导致的充电不稳定等问题。
2018年，Pan Kai Wen提针对这些问题提出了一种基于原边电压电流相位式锁相环方案，设计了耦合线圈优化的充电系统，经试验结果证明了方案的可行性。
硬件电路设计思路及主要参数【硬件系统结构图】
此系统由综合控制模块、供电电源模块、功率驱动模块、电压电流调理采集模块、能量耦合机构与谐振补偿模块、负载侧整流稳压模块组成。
- 变流电源电路采用全桥逆变电路
- 主控芯片：TMS320F28335
- MOS管驱动芯片：IR2110芯片
- MOS管：Vds≥100V，Id≥23A
- 光耦型号：PC923L，响应速度快
- 高频运算放大器：AD797
- 高频电流互感器：CHB-25MP闭环霍尔电流传感器
- 优化耦合线圈：圆盘形线圈，φ =0.1X300股利兹线，截面直径2.3mm，耐流11.78A，N=10匝，davg=15cm，采用平板型铁氧体磁芯。
- 补偿电容C1=C2=0.24μF
- 副边回路负载电阻：R=4Ω
【驱动电路原理图】
驱动电路的功率开关器件选择了场效应晶体管，并选择IR2110芯片驱动MOS管。MOS管选型时需要考虑开关管的耐流耐压值、导通电阻大小以及导通关断延迟时间。为了使损耗最低，需选择导通电阻小、导通关断延迟时间短的MOS管。 系统选用的是NMOS管IRF540N，Vds=100V，Id=45A，导通电阻极小，RDSon=32mΩ，导通关断延迟时间短，是优良的MOS管选择。
可选择的VBsemi微碧MOSFET型号： ①IRF540N ②IRF540NSTRPBF ③VBE1104N ④VBM1104N ⑤VBZM20N10
【适用的VBsemi微碧半导体MOS管参数】
【光耦隔离电路图】
为了防止逆变电路中的强电窜入控制模块而烧坏DSP芯片，此系统设计了光耦隔离电路来实现PWM信号的强弱电之间的隔离。光耦型号选用了PC923L，响应速度极快。
【电压采集调理电路图】
频率跟踪控制算法需要对原边回路的电压电流信号进行采集，选用极低噪声、低失真的高频运算放大器AD797来对电压信号进行采集。
【电流采集调理电路图】
电流信号选择了高频电流互感器CHB-25MP进行采集，同时采用AD797运算放大器做一个减法电路对信号进行调理，使电压波纹放大，便于采集。
配合上软件程序设计，实验结果证明了原边电压电流相位式锁相环方案解决充电过程位置偏移而导致的充电不稳定的可行性。
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发表于 2021-1-9 10:45:16
