[实用新型]一种利用基波磁耦合谐振的无线供电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无线能量传输装置，具体涉及一种利用基波磁耦合谐振的无线供电装置，用于需要为无线电能供电的场合。

背景技术

非辐射性磁耦合谐振作为新型无线供电技术，通过使两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，而对周围非谐振频率的接受端只有较弱的耦合。磁耦合谐振系统包括发射谐振线圈、次级接受谐振线圈和负载。MIT的Marin Soljacic助理教授是该系统的实用新型者，其MIT研究小组演示了无线供电，他们从2米的距离成功地点亮了60W灯泡。磁耦合谐振技术可实现中距离(mid-range)的能量传输，而不需要增强磁场强度，而传统的磁耦合只能在短距离范围内（一般在十厘米）取得相对良好的效果，传输距离只能通过增强磁场强度来增加。同时磁谐振耦合系统有一个重要优点就是可以穿透各种不同非金属障碍物，而且对系统的能量传输效率、功率等指标没有影响。

目前磁谐振耦合无线供电技术需要依赖两个频率相同的谐振线圈，但在实际应用中器件参数误差，很难做到两个谐振参数完全一致的线圈，故两个谐振线圈的频率点很难完全一致。这不仅影响了传输距离，而且由于存在多个耦合线圈，系统整体效率也受到限制。因此需要研究基于磁耦合谐振无线供电的高效率工作电路，解决无线电能供电谐振线圈之间最佳谐振点一致性差的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对磁耦合谐振无线供电应用场合，提出高效率、高可靠性的磁耦合无线供电电路。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种利用基波磁耦合谐振的无线供电装置，包括依次连接的控制电路、驱动电路、发射电路，以及与发射电路磁耦合的谐振接受电路，所述发射电路包括输入电源、与输入电源相连接且包含有发射线圈的非谐振类变换器，所述谐振接受电路包括接受线圈、谐振电容、负载，所述接受线圈分别与谐振电容、负载相并联，所述发射线圈与接受线圈相耦合；

其中：所述控制电路输出控制信号至驱动电路，驱动电路根据控制信号产生电压方波信号输出至非谐振类变换器中的开关器件，通过开关器件的动作使得发射线圈与接受线圈谐振频率点一致，实现磁耦合谐振无线供电。其中，控制信号为与接受线圈的谐振频率相同的高频控制信号。

作为本实用新型的一种利用基波磁耦合谐振的无线供电装置进一步的优化方案，所述非谐振类变换器为全桥逆变器，所述发射电路还包括一个输入电容；其中所述输入电容、全桥逆变器分别并联于输入电源的两端，所述全桥逆变器包括由第一开关管、第三开关管组成的第一桥臂，以及由第二开关管、第四开关管组成的第二桥臂；所述发射线圈的两端分别连接全桥逆变器的两个桥臂的中点，由驱动电路根据控制电路的控制信号产生两路互补导通的方波信号分别输出至全桥逆变器中两个桥臂的开关管，其中第一路信号分别输出至第一开关管、第四开关管，第二路信号分别输出至第二开关管和第三开关管。

作为本实用新型的一种利用基波磁耦合谐振的无线供电装置进一步的优化方案，所述非谐振类变换器为双管正激变换器，所述双管正激变换器包括发射线圈、第一续流二极管、第二续流二极管，第一开关管、第二开关管；其中所述第一续流二极管的阴极、第一开关管的漏极分别与输入电源的正极相连接，所述第一开关管的源极分别与发射线圈的一端、第二续流二极管的阴极连接；所述第一续流二极管的阳极分别与发射线圈的另一端、第二开关管的漏极连接；所述第二开关管的源极、第二续流二极管的阳极以及输入电源的阴极分别连接后接地；由驱动电路根据控制电路的控制信号产生一路方波信号同时输出至第一开关管和第二开关管。

作为本实用新型的一种利用基波磁耦合谐振的无线供电装置进一步的优化方案，所述控制电路为数字信号处理器，其型号为DSP TMS320F2812；所述驱动电路为驱动芯片IR2100。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型的一种利用基波磁耦合谐振的无线供电装置具有结构简单的优点，无需依赖发射线圈和接受线圈具有相同的谐振频率。同时全桥逆变器容易实现ZVS，可广泛应用于大功率无线供电场合。

附图说明

图1是本实用新型的实施例一中利用基波磁耦合谐振的无线供电装置的实现电路示意图。

图2是本实用新型的实施例一中的全桥逆变器驱动信号和发射线圈电流波形图。

图3是本实用新型的实施例一中的发射线圈电流能量频谱分布图。

图4是本实用新型的实施例一中的全桥逆变器中功率开关管的ZVS实现图。