CN102364863B - 一种无线输电装置的高频电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线输电装置用高频电源系统，包括电源控制系统、升压变换电路、高压频整流电路、高频振荡单元组成。其中电源控制单元实现系统的输入功率和输入电压的可调控制；升压变换电路实现将交流低压电升高为高压电输入至高压整流电路，高压整流电路实现直流高压的输出至高频振荡单元，作为高频振荡单元的直流输入电源，为高频振荡单元中振荡三极管的提供高压直流电，高频振荡单元利用高频振荡原理振荡输出高频高压的交流电，该电源系统可产生频率为500kHz到15MHz的高频电源，可作为谐振式无线输电系统中的高频电源。

Description

一种无线输电装置的高频电源系统

技术领域

 本发明涉及一种高频电源系统，属于无线能量传输、高频电源技术领域。

背景技术

近年来科技的不断发展，越来越多的电子设备为我们的生活带来便捷的同时，也受到众多电源线和数据线的困扰，这就迫使我们寻找一种新的能量传输方式来避免众多复杂的电源线等。因此无线电能传输作为一种新的能量传输方式正逐渐受到人们的重视，它有十分重要的应用价值及开发前景，对能量的供应方式和人们的生活产生难以估量的影响。

目前，具有较好应用前景的无线输电技术是基于磁耦合谐振技术实现的无线充电系统，而该系统一般工作在几MHz到几十MHz之间，现有的功率电源一般多在几百到几十千赫兹之间。而MHz输出的功率电源比较昂贵，且设计复杂，多采用电子器件多级放大的方式实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足之处，提供一种新型的高频小范围可调的功率电源的设计方法及其解决方案，能有效地实现千W级功率输出，并可实现输出频率的调节。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无线输电装置用高频电源系统，其包括电源控制单元、升压变换电路、高压整流电路、高频振荡单元；其中，电源控制单元将输入电压进行初始值调节后输出至升压变换电路；升压变换电路将输入的电压进行升压处理后输出至高压整流电路；高压整流电路对升压变换电路处理后的电压进行整流操作得到高压直流电，然后将高压直流电输出至高频振荡单元；高频振荡单元采用高频振荡原理将高压直流电经过振荡变为高频高压的交流电输出，作为无线输电系统中的高频电源。

进一步的，本发明的无线输电装置用高频电源系统中，所述升压变换电路、高压整流电路、高频振荡单元中均设有电压和电流采集电路，所述电压和电流采集电路分别采集上述各单元的电压、电流的相位、幅值、频率，然后分别将上述各单元的电压、电流的相位、幅值和频率信号反馈至电源控制单元，经过电源控制单元与给定输出值进行对比，然后控制改变各单元的电压和电流，完成系统的闭环调节。

进一步的，本发明的无线输电装置用高频电源系统中，所述电源控制单元是由IGBT组成的三相调压系统，通过对升压变换电路、高压整流电路及高频振荡单元的反馈信号进行对比，给定IGBT的触发信号和确定触发角。

进一步的，本发明的无线输电装置用高频电源系统中，所述升压变换电路采用升压变压器或者升压电路实现。

进一步的，本发明的无线输电装置用高频电源系统中，所述高压整流电路采用全桥整流电路实现高压交流电的整流。

进一步的，本发明的无线输电装置用高频电源系统中，所述高频振荡单元采用三极管电容三点式振荡电路。

进一步的，本发明的无线输电装置用高频电源系统的高频振荡单元中，所述三极管电容三点式振荡电路包括一个功率三极管、两个真空可调电容器、一个振荡线圈和一个发射线圈；其中真空可调电容器与振荡线圈组成振荡回路接入功率三极管的集电极与发射级之间，并将其中的一个真空可调电容器的两端电压引入功率三极管的基极，形成正反馈。

进一步的，本发明的无线输电装置用高频电源系统的高频振荡单元中的振荡线圈、发射线圈是空心螺旋线圈。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

通过该电源的方案对各单元电压电流的实时采集、检测、调节，可根据负载谐振频率的变化，电源系统会自动调节振荡电路的工作频率或手动调节振荡回路中电容的参数，使得该电源系统的输出频率发生相应的变化，为提高系统的传输效率起到积极的作用。

附图说明

图1是本发明系统总体框图。

图2是本发明中电源控制单元的电路拓扑图。

图3是本发明中升压变换电路的电路拓扑图。

图4是本发明中高压整流电路的电路拓扑图。

图5是本发明中高频振荡单元的电路拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明所提供的方法是采用市电或动力电为输入，经过调压控制系统对电源的幅值进行调节，并通过升压变化电路将控制后的电压升到几KV，然后对此高压进行整流处理得到直流高压。将此直流高压作为振荡电路的供电电压，通过LC振荡电路实现高频电的输出。通过改变高频振荡回路中电容的参数或功率三极管的工作点，实现高频振荡电源的调节。

参照图1所示，本发明由电源控制单元1、升压变换电路2、高压整流电路3、高频振荡单元4组成。

以电源控制单元为核心，升压变换电路2、高压整流电路3、高频振荡单元4分别有反馈信号反馈至电源控制单元1。

将市电或动力电接到电源控制单元1的输入端，经过电源控制单元1对输入电压进行初始值（幅值调节、相位调节）调节输出至升压变换电路2的输入端，升压变化电路2将调整后的电压进行升压处理后连接输出到高压整流电路3的输入端，高压整流电路3对升压变化电路2处理后的电压进行整流操作得到高压直流电，并输出至高频振荡单元4的输入端，作为高频振荡单元的直流电源。同时升压变换电路2、高压整流电路3和高频振荡单元4分别将相位、幅值和频率信号反馈至电源控制单元1，经过电源控制单元1与给定输出进行对比，完成系统的闭环调节。 

参照图2所示，电源控制单元1是由IGBT组成的三相调压系统，由晶闸管驱动单元1-1，采集与驱动单元1-2，电源控制CPU单元1-3和三个晶闸管1-4,1-5,1-6组成。其中，采集与驱动单元1-2用来收集由升压变换电路2、高压整流电路3、高频振荡单元4反馈回来的电压、电流的相位、幅值和频率信号，送至电源控制CPU单元1-3中进行处理，最终形成控制信号，经过晶闸管驱动单元1-1形成可驱动晶闸管的信号驱动晶闸管1-4,1-5,1-6工作，进而改变电源系统输出的电压和功率；所述的晶闸管1-4,1-5,1-6分别串接于三相电的每一相中。

参照图3所示，升压变换电路2其主要可等效成一个三相升压变压器。将经过电源控制单元1变换后的三相交流电进行升压操作。在升压变换电路2中，每一相都有一个电压（电流）传感器，用来采集升压后的电压（电流）幅值，相位。经过合成比较后，送至电源控制单元1，由采集与驱动单元1-2收集。

参照图4所示，高压整流电路3主要实现对升压变换电路2的输出电压进行整流、稳压操作，同时用电压（流）传感器采集整流后的电压（流）送至采集与驱动单元1-2进行下一步的分析，处理。

参照图5所示，高频振荡单元4采用三极管电容三点式振荡电路或电感三点式振荡电路实现。三极管电容三点式振荡电路包括一个功率三极管、两个真空可调电容器、一个振荡线圈，其中真空可调电容器与振荡线圈组成振荡回路，接入功率三极管的集电极与发射级之间，并将其中的一个真空电容器的两端电压引入功率三极管的基极，形成正反馈。其供电电源是由高压整流电路4的输出提供，输出频率可通过调节振荡回路中的电容值或改变功率管的工作点来实现。

其中为了实现较高的振荡频率，不存在铁芯损耗，振荡线圈、发射线圈采用空心螺旋线圈。

以上对本发明所提供的工频电磁数据实时在线监测装置，进行了详细的介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上说明是适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述、本说明书内容不应理解对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种无线输电装置用高频电源系统，其特征在于：包括电源控制单元、升压变换电路、高压整流电路、高频振荡单元；其中，电源控制单元将输入电压进行初始值调节后输出至升压变换电路；升压变换电路将输入的电压进行升压处理后输出至高压整流电路；高压整流电路对升压变换电路处理后的电压进行整流操作得到高压直流电，然后将高压直流电输出至高频振荡单元；高频振荡单元采用高频振荡原理将高压直流电经过振荡变为高频高压的交流电输出，作为无线输电系统中的高频电源；所述电源控制单元是由IGBT组成的三相调压系统，通过对升压变换电路、高压整流电路及高频振荡单元的反馈信号进行对比，给定IGBT的触发信号和确定触发角。

2.如权利要求1所述的无线输电装置用高频电源系统，其特征在于：所述升压变换电路、高压整流电路、高频振荡单元中均设有电压和电流采集电路，所述电压和电流采集电路分别采集上述各单元的电压、电流的相位、幅值、频率，然后分别将上述各单元的电压、电流的相位、幅值和频率信号反馈至电源控制单元，经过电源控制单元与给定输出值进行对比，然后控制改变各单元的电压和电流，完成系统的闭环调节。

3.如权利要求1所述的无线输电装置用高频电源系统，其特征在于：所述升压变换电路采用升压变压器实现。

4.如权利要求1的所述的无线输电装置用高频电源系统，其特征在于：所述高压整流电路采用全桥整流电路实现高压交流电的整流。

5.如权利要求1的所述的无线输电装置用高频电源系统，其特征在于：所述高频振荡单元采用三极管电容三点式振荡电路。

6.如权利要求5的所述的无线输电装置用高频电源系统，其特征在于：所述三极管电容三点式振荡电路包括一个功率三极管、两个真空可调电容器、一个振荡线圈和一个发射线圈；其中真空可调电容器与振荡线圈组成振荡回路接入功率三极管的集电极与发射级之间，并将其中的一个真空可调电容器的两端电压引入功率三极管的基极，形成正反馈。

7.如权利要求6所述的无线输电装置用高频电源系统，其特征在于：所述高频振荡单元中的振荡线圈、发射线圈是空心螺旋线圈。

Images