[发明专利]一种磁耦合谐振式无线供电系统

说明书

本发明涉及无线电能传输领域，特别是磁耦合谐振式无线电能传输。

背景技术

自从1840年发现电磁感应现象以来，电能得到了大规模的应用，但是其传输主要依赖于导线的直接进行传送。但是这种有线的充电方式存在诸多问题，如由于摩擦和腐蚀，线路老化，导致有线传输极易产生电火花等问题，不仅减少了使用寿命，而且降低了系统的安全性和可靠性，特别是在一些特殊场合，极易引发事故。新型无接触充电技术实现了电能的无线传输，克服了以上的问题。

根据电能的传输原理，无线电能传输主要分为三类：第一类为磁感应式，但是这种方式传输距离较近；第二类为电磁波，它虽然实现了远距离充电，但是传输损耗巨大，且对人体有较大伤害；第三种为磁耦合谐振式，该方式对人体无害，且传输功率、效率较高，传输距离也较远，属于中等距离。

综上可得，磁耦合谐振式充电方式有更大的潜力，它必将成为无线电能传输领域的一个重要发展方向。目前磁耦合谐振式无线能量传输的技术刚刚起步，其在系统稳定性、通用性、充电效率等方面还存在很多不足。

发明内容

本发明的目的在于针对于现有有线供电方式存在的缺陷，提出一种适用于中等距离的无线供电系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种中等距离磁耦合谐振式无线供电系统，包括发射部分和接收部分，其中发射部分包括直流电源端，功率调整，单相全桥高频逆变电路，高频变压器，发射回路，采样电路，控制与驱动电路，操作屏和发射侧通讯模块；接收部分包括接收回路，接收侧通讯模块，整流斩波电路和负载。

其中所述直流电源端将直流电经所述的功率调整将电能送入所述单相全桥高频逆变电路，所述控制与驱动电路输出驱动信号控制所述单相全桥高频逆变电路产生高频交流电，高频交流电经所述高频变压器送入所述发射回路，所述接收回路经磁耦合谐振接收所述发射回路发送过来的电能，接收到的电能经所述整流斩波电路调理后给所述负载进行供电。

所述单相全桥高频逆变电路由VT1、VT2、VT3、VT4四个功率器件组成H桥结构，同所述直流电源端负极相连的两个功率器件VT2和VT4互补导通，直流电源正极连接VT1与VT3。VT1与VT4处于对角位置，VT2与VT3处于对角位置，VT4先于VT1导通，VT1先于VT4关断，VT2先于VT3开通，VT3先于VT2关断；所述控制与驱动电路输出的驱动信号经光电耦合后送入所述单相全桥高频逆变电路对应的功率器件。

所述的发射回路内有发射线圈，所述的接收回路内有接收线圈。其中发射线圈比接收线圈外形尺寸大。

所述高频变压器连接在所述单相全桥高频逆变电路与所述发射回路之间，所述高频变压器变比在3:1-20:1之间。

所述控制与驱动电路控制所述单相全桥高频逆变电路中功率器件的开通与关断。高频交流电送入所述发射回路后，所述采样电路对发射回路进行采样并将采样送入所述控制与驱动电路，所述控制与驱动电路根据采样确定所述发射回路的谐振频率，所述控制与驱动电路根据所述发射回路的谐振频率经调理后控制所述单相全桥高频逆变电路的驱动脉冲，实现所述单相全桥高频逆变电路之功率器件的软开关。

所述操作屏，用于设定负载供电电压，供电电流等参数，也用于显示充电完成或者充电故障等信息。

所述的发射侧通讯模块连接到所述控制与驱动电路；所述的接收侧通讯模块连接到所述负载并获取负载供电电压和负载供电电流信号。所述发射侧通讯模块与所述接收侧通讯模块互相通讯，将所述的负载运行工况送入所述控制与驱动电路，所述控制与驱动电路根据负载运行工况控制所述功率调整，调节所述负载供电电压大小或关断供电。

本发明适用频率为60-350kHz。

本发明的有益效果是，能够实时跟踪谐振频率，驱动电路稳定可靠，通用性更好，能根据负载工况匹配负载电压使得系统处于最优供电或充电的状态。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的控制流程图。

图3是本发明的一种采样电路。

图4是本发明实施例的第一种控制与驱动电路硬件结构图。

图5是本发明实施例的第一种控制与驱动电路内部脉冲图。

图6是本发明实施例的第一种控制与驱动电路使用的RC延迟电路图。

图7是本发明实施例的第一种控制与驱动电路中防止功率器件VT1、VT2同时导通的保护电路。