[发明专利]一种高输出功率的无线电能输出装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用松耦合变压器进行无线电能传输的装置。

背景技术

无线电能传输技术(WPT)与传统的接触式充电相比较具有的方便灵活、环境适应性强、安全可靠等优点使得其吸引着国内外越来越多的专家学者对此进行研究。电磁共振式WPT系统的关键为其非接触变压器，由于非接触变压器本身的松耦合结构带来了耦合系数较低且随着距离的延长而迅速下降的特点，导致电能传输质量随着距离的增加而急剧下降的恶果。当传输距离确定时，如何提高传输功率是电磁共振式WPT技术发展的瓶颈。

当WPT系统的元件参数、工作频率、输入电压和传输距离确定时，输出功率受变压器原边的等效损耗电阻影响较大，该电阻的存在降低了WPT的输出功率。在不改变变压器设计的前提下，如能采取其他措施减小该电阻，则可有效提高系统输出功率。

图6所示是一种现有电能传输装置的电路图，其中，原边谐振网络采用单电容C1，副边谐振网络采用单电容C2，其中，负载电阻R_L上的输出功率是R₁为变压器原边电阻，R₂为变压器副边电阻，M为变压器原副边互感，u_i为输入电压，ω为输入电压角频率。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种高输出功率的无线电能输出装置，其可提高无线电能传输装置输出功率，使得原有的无线电能传输装置在原有的驱动电压输入下能够使负载电阻获得更多的输出功率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种高输出功率的无线电能输出装置，包括松耦合变压器、原边谐振网络、负载电阻、副边谐振网络和驱动电源，其中，原边谐振网络的输入端连接驱动电源，松耦合变压器的原边与原边谐振网络的输出端连接，松耦合变压器的副边与副边谐振网络的输入端连接，副边谐振网络的输出端连接负载电阻；还包括有串联在原边谐振网络与松耦合变压器的原边之间的负电阻。

上述负电阻包括运算放大器、第一反馈电阻器、第二反馈电阻器和输入电阻器，其中，运算放大器的正输入端作为负电阻的输入端；第一反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与正输入端之间，第二反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与负输入端之间，输入电阻器的一端连接运算放大器的负输入端，另一端接地，且运算放大器的输出端作为负电阻的输出端。

上述负电阻包括运算放大器、第一反馈电阻器、第二反馈电阻器和输入电阻器，其中，运算放大器的负输入端作为负电阻的输入端，第一反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与负输入端之间，第二反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与正输入端之间，输入电阻器的一端连接运算放大器的正输入端，另一端接地，且运算放大器的输出端作为负电阻的输出端。

上述原边谐振网络采用电感或电容。

上述原边谐振网络包括电感和电容，电感的两端分别作为原边谐振网络的第一输入端和第一输出端，电容的一端连接原边谐振网络的第一输出端，电容的另一端作为原边谐振网络的第二输入端和第二输出端。

上述副边谐振网络采用电感或电容。

上述副边谐振网络包括电感和电容，电感的两端分别作为副边谐振网络的第一输入端和第一输出端，电容的一端连接副边谐振网络的第一输出端，电容的另一端作为副边谐振网络的第二输入端和第二输出端。

采用上述方案后，本发明通过在松耦合变压器的原边绕组串联负电阻，该负电阻部分地抵消了原边绕组的电阻，在同样的驱动电源作用下，松耦合变压器原边流入更大的电流，松耦合变压器副边感应出更高电压，从而使负载电阻获得更高的输出功率。

附图说明

图1是本发明的电路图；

图2是本发明中负电阻的一种实现电路图；

图3是本发明中负电阻的另一种实现电路图；

图4是仅采用电容的谐振网络电路图；

图5是采用LC连接的谐振网络电路图；

图6是现有电能输出装置的一种具体电路图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。