CN103956836A - 一种高效率远距离无线传电装置 - Google Patents

Abstract

一种高效率远距离无线传电装置，包括：单相桥式整流电路，将交流电整流滤波变为直流电；高频逆变电路，将单相桥式整流电路得到的直流电逆变为近似方波的交流信号；发射线圈电路，采用串联型LC电路，所述交流信号经过发射线圈电路变为正弦波信号并进行无线发射；接收线圈电路，采用串联型LC电路，利用谐振使得回路中产生正弦波电压，接收发射线圈电路发射的信号，实现远距离电能传输；高频整流电路，采用二极管整流，将传输的交流信号转化为直流信号；升压电路，将由高频整流电路转化所得的直流信号进行升压；微控制器电路，其输入端连接升压电路中充电电压检测部分的输出端，根据检测值输出控制信号控制高频逆变电路的开通与关断。

Description

一种高效率远距离无线传电装置

技术领域

本发明涉及一种高效率远距离无线传电装置。

背景技术

近年来消费电子产品面临功耗不能大幅度降低与锂电池能量密度不能大幅度提升的双重限制，用户的使用感受的提升也因此受到影响，这时候无线充电就应运而生了。目前以谐振式磁耦合型无线充电技术最为成熟应用最为广泛，然而此类型无线充电技术有很多缺点，如传电距离较短，一般受限于接触的形式，导致使用十分不便；在较差的耦合情况下传电效率极低甚至趋于零，会使得充电速度大幅降低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高效率远距离无线传电装置，提升了无线传输距离和效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高效率远距离无线传电装置，包括：

单相桥式整流电路1，将交流电整流滤波变为直流电；

高频逆变电路2，将单相桥式整流电路1得到的直流电逆变为近似方波的交流信号；

发射线圈电路3，采用串联型LC电路，所述交流信号经过发射线圈电路3变为正弦波信号并进行无线发射；

接收线圈电路5，采用串联型LC电路，利用谐振使得回路中产生正弦波电压，接收发射线圈电路3发射的信号，实现远距离电能传输；

高频整流电路6，采用二极管整流，将传输的交流信号转化为直流信号；

升压电路7，将由高频整流电路6转化所得的直流信号进行升压；

微控制器电路4，其输入端连接升压电路7中充电电压检测部分的输出端，根据检测值输出控制信号控制高频逆变电路2的开通与关断。

所述单相桥式整流电路1采用二极管整流电路，所述的高频逆变电路2采用半桥式逆变电路，所述的微控制器控制电路5采用STM32F030芯片，所述的高频整流电路6采用高频二极管桥式整流电路，所述的升压电路7采用boost电路，所述升压电路7及高频逆变电路2的开关管均采用高速MOSFET。

所述微控制器电路4输出高频PWM信号用于直流电压的逆变，且PWM信号的频率无限接近发射线圈电路3的谐振频率。

与现有技术相比，本发明逆变电路前级采用将市电先降压再逆变的策略，能有效减少功率损耗，提高传电效率；同时采用高性能微控制器输出高频PWM用于直流电压的逆变，并使得PWM频率无限接近后级高频发射电路的谐振频率，能使在最差的耦合情况下也能实现中距离无线传电，且传电效率能达到75%，最高传电效率可达到95%；此装置再芯片设计厂商经过定义芯片后，将广泛应用到数码产品，移动终端等消费电子产品中；其经济效益是普通接触式、非隔空式传电装置所不能比拟的。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为单相桥式整流电路。

图3为微控制器原理图。

图4为高频逆变电路原理图。

图5为发射线圈与接收线圈原理图。

图6为高频整流电路原理图。

图7为升压电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

参考图1，本发明所述的一种高效率远距离无线传电装置，包括整流单相桥式整流电路1、高频逆变电路2、发射线圈电路3、微控制器电路4、接收线圈电路5、高频整流电路6以及升压电路7。所述的单相桥式整流电路1的输出端与高频逆变电路2的输入端相连接，高频逆变电路2的输出端与发射线圈电路3的输入端相连接，微控制器电路4的输出端与高频逆变电路2的输入端相连接；升压电路7中充电电压检测部分的输出端与微控制器电路4输入端相连接。

参考图2，AC～220V市电经过变压器将至有效值为9V的交流电，然后经过单相桥式整流电路中的桥式二极管全波整流滤波成直流电，开路电压约为13V，其中滤波电容耐压值为25V。

参考图3，微控制器电路4采用微控制器STM32F030，其外围电路主要包括：电源电路、复位电路、时钟电路，程序仿真与下载接口电路。

参考图4，高频逆变电路的全控型开关管MOSFET型号为IRFR3708，开关频率理论值可达18MHz，耐压值达到30V，可承受最大电流25A，完全满足该装置的需求。IRFR3708的驱动芯片采用IR2130，IR2130能同时驱动半桥式开关管，还能同时驱动接收部分中的升压电路的开关管。

参考图3和图4，微控制器在端口PA10、PB1输出1MHz的互补方波信号，PA10、PB1和非门74HC04的输入端相连接，用来驱动IR2130的开通与关断，IR2130输出端与高频逆变电路的MOSFET的栅极相连接，这样就能实现直流电压的逆变。

参考图5，电能发射线圈与接收线圈均采用串联型LC电路，电感由铜导线以同心圆绕制而成，电感具有较大的电感量与较高高的品质因数。

参考图4和图5，MOSFET在驱动芯片IR2130的驱动信号的作用下将直流电压逆变为近似方波信号，在经过LC电路变成正弦波信号。在开关频率接近谐振频率时会使得发射线圈与电容产生谐振，同时接收端线圈回路中产生正弦波电压，达到远距离高效电能传输的目的。

参考图6，高频桥式整流电路仍采用二极管整流，二极管选择快速恢复二极管。

参考图7，升压电路为单象限升压型电路，由储能电感、MOS管、二极管D6、输出滤波电容C12组成；L3电感量为10mH、MOS管型号为IRFR3708、二极管型号为RF307、电容容值为47uF且电容耐压值为25V；电压检测部分采用分压式，电位器R7电阻满量程为10K，保护电阻R8电阻为10K。

参考图3、图4和图7，微控制器在端口PA6输出占空比可调的方波信号，PA6和非门74HC04的输入端相连接，用来驱动IR2130的开通与关断，IR2130输出端与升压斩波电路的MOSFET的栅极相连接，所述的升压电路的开关管IRFR3708由图4中的IR2130驱动，这样就能实现整流后直流电压的升压；升压电路7的充电电压检测部分的输出端与微控制器的模数转换器ADC端口PC4相连接。微控制器根据检测的电压，调整在端口PB0输出的方波信号的占空比，构成闭环控制系统，从而达到充电电压调整的目的。

Claims (3)

1.一种高效率远距离无线传电装置，其特征在于，包括：

单相桥式整流电路（1），将交流电整流滤波变为直流电；

高频逆变电路（2），将单相桥式整流电路（1）得到的直流电逆变为近似方波的交流信号；

发射线圈电路（3），采用串联型LC电路，所述交流信号经过发射线圈电路（3）变为正弦波信号并进行无线发射；

接收线圈电路（5），采用串联型LC电路，利用谐振使得回路中产生正弦波电压，接收发射线圈电路（3）发射的信号，实现远距离电能传输；

高频整流电路（6），采用二极管整流，将传输的交流信号转化为直流信号；

升压电路（7），将由高频整流电路（6）转化所得的直流信号进行升压；

微控制器电路（4），其输入端连接升压电路（7）中充电电压检测部分的输出端，根据检测值输出控制信号控制高频逆变电路（2）的开通与关断。

2.根据权利要求1所述的高效率远距离无线传电装置，其特征在于，所述单相桥式整流电路（1）采用二极管整流电路，所述的高频逆变电路（2）采用半桥式逆变电路，所述的微控制器控制电路（5）采用STM32F030芯片，所述的高频整流电路（6）采用高频二极管桥式整流电路，所述的升压电路（7）采用boost电路，所述升压电路（7）及高频逆变电路（2）的开关管均采用高速MOSFET。

3.根据权利要求1所述的高效率远距离无线传电装置，其特征在于，所述微控制器电路（4）输出高频PWM信号用于直流电压的逆变，且PWM信号的频率无限接近发射线圈电路（3）的谐振频率。