[发明专利]电动自行车磁耦合谐振式无线充电器

说明书

技术领域

本发明涉及磁耦合谐振式无线电能传输技术，尤其是一种电动自行车磁耦合谐振式无线充电器。

背景技术

目前的电动自行车所使用的充电器，基本都是有线充电器，电源插头在插拔过程中会产生电火花，影响插头寿命，时间长了也会造成接触不良。在电动自行车充电这一技术领域，目前还未有成熟的无线充电技术方案。

无线充电目前存在的主要问题是，一是效率不高，主要原因是能量的控制比较困难，无法真正实现能量点对点的传送，在传输的过程中会散射等损耗一部分能量，能量转换器的效率不高也是影响整个系统效率的关键因素；二是电磁辐射安全问题，对人身安全和周围环境的影响需要解决。由于无线能量的传输既不像传统的供电方式那样可以在传输路径上得到很好的控制，也不像无线通讯那样传送微小的功率，高能量的能量密度势必会对人身安全带来影响。

磁耦合谐振式无线电能传输采用两个相同频率谐振电路，利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性，中等距离传输，传输效率较高。磁耦合谐振式无线电能传输中，电磁场随传输距离增加而迅速衰减，利用两个发生谐振耦合的电路来捕捉随距离衰减的电磁场，即当发射回路和接收回路发生谐振时，使大部分能量由发射回路传递到接收回路。

因此利用磁耦合谐振式无线电能传输技术实现无线充电器，是一种效率高，电磁辐射相对较小的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动自行车磁耦合谐振式无线充电器，能够消除电源插头在插拔过程中产生的电火花，影响插头寿命和接触不良带来的麻烦，方便充电操作；通过谐振耦合传输电能，大大减小电磁辐射对环境的影响。本发明采用的技术方案是：

一种电动自行车磁耦合谐振式无线充电器，包括主电路部分和控制电路部分。主电路部分包括全桥整流滤波电路、半桥逆变电路、发射端串联谐振电路、接收端串联谐振电路、高频变压器T1、高频整流滤波电路；控制电路部分包括接收端电压电流检测电路、接收端充电数据发送电路、发射端无线数据接收电路、发射端电流检测电路、锁相环频率跟踪电路、PWM逆变控制电路、逆变驱动电路。

输入交流电压经全桥整流滤波电路转换成稳定的直流电压Ud1，经半桥逆变电路输出高频交流电压U1，在发射端串联谐振电路中产生谐振电压和谐振电流即发射回路谐振电流i1；接收端串联谐振电路和发射端串联谐振电路的谐振频率相等，通过电磁耦合谐振产生接收回路输出电压U2，接收回路输出电压U2经高频变压器T1变换成和输出充电电压Uo对应的高频电压，经高频整流滤波电路进行整流和滤波，输出充电电压Uo。接收端电压电流检测电路检测接收端输出的充电电压和充电电流，随后充电电压和充电电流数据经过接收端充电数据发送电路无线发射；发射端无线数据接收电路接收并将接收到的充电电压和充电电流数据传送给PWM逆变控制电路；发射回路谐振电流通过发射端电流检测电路采集检测后，经过锁相环频率跟踪电路产生频率跟踪信号，给PWM逆变控制电路；PWM逆变控制电路根据设定的充电电压给定值、充电电压和充电电流检测值和频率跟踪信号，产生对应频率和脉冲宽度的PWM脉宽调制控制信号，经逆变驱动电路进行隔离和功率放大，输出驱动脉冲Ug1和Ug2，控制半桥逆变电路中的开关管。脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写。

所述全桥整流滤波电路包括二极管D1～D4和滤波电容Cd1，二极管D1～D4组成一输入端全桥整流电路，滤波电容Cd1并联在输入端全桥整流电路的两输出端。

所述半桥逆变电路包括MOS开关管VT1、VT2和反并联二极管VD1、VD2；所述发射端串联谐振电路包括串联的谐振电容C1和发射线圈L1；开关管VT1、VT2的栅极分别接驱动脉冲Ug1和Ug2，开关管VT1的漏极接输入端全桥整流电路的正输出端，源极接开关管VT2的漏极，开关管VT2的源极接输入端全桥整流电路的负输出端；二极管VD1的阴极和阳极分别接开关管VT1的漏极和源极；二极管VD2的阴极和阳极分别接开关管VT2的漏极和源极；开关管VT1源极和开关管VT2漏极连接的节点接发射端串联谐振电路的一端，发射端串联谐振电路的另一端接输入端全桥整流电路的负输出端。

所述接收端串联谐振电路包括串联的谐振电容C2和接收线圈L2；串联谐振电路的两端分别和高频变压器T1的初级两端相连；谐振电容C1和发射线圈L1的取值，以及谐振电容C2和接收线圈L2的取值使得接收端串联谐振电路和发射端串联谐振电路的谐振频率相等，并且谐振频率小于200KHz。