CN104852477A - 谐振解耦电路 - Google Patents

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李阳
何亚伟
杨庆新
张献
张雅希
薛明
杨晓博
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Abstract

本发明是一种应用于无线电能传输技术的谐振解耦电路的设计，主要包括电源、谐振解耦发射电路、谐振解耦接收电路、负载四部分。该系统属于高频电磁理论工程与信号传输应用前沿交叉领域，解决了在无线电能传输中识别合法用户，保证用电安全的问题，具有巨大的应用前景。

Description

谐振解耦电路
技术领域
本发明涉及一种谐振解耦电路技术。该技术主要应用于无线电能传输领域，是一种结构简单、可靠性高的电路。
背景技术
电工设备的充电一般是通过插头和插座来进行，但是在进行大功率充电时，这种充电方式存在高压触电的危险。且由于存在摩擦和磨损，系统的安全性、可靠性及使用寿命较低，特别是在化工、采矿等一些易燃、易爆领域，极易引发大的事故。新型无线电能传输系统采用电磁感应原理、电力电子技术以及控制理论相结合，实现了电能的无线传输，完全克服了以上限制。
随着无线电能传输技术的发展，在一些多用户的场合，要判断是否为“非法用户”，保证用电安全，对于“非法”入侵的用电设备有必要切断其电能无线传输的通道。该电路结构简单、可靠性高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，保证无线电能传输过程中的用电安全，防止“窃电”事件发生。本发明只要使得发射端和接收端具有相同谐振点就有可能建立能量传输通道，而移动物体的无线电能传输要求具有目标性，避免无关设备参与共享能量通道产生额外损耗。
本发明所采用的技术方案是：一种谐振解耦电路，包括：电源、谐振解耦发射电路、谐振解耦接收电路和负载。
所述的谐振解耦发射电路包括：发射端继电器阵列、发射端信号提取与加载模块、发射端DSP控制系统、DDS信号源、宽带线性功放、电磁发射部分。
所述的中继电能和接收系统包括：电磁接收部分、整流滤波电路、DC/DC换压电路、接收端继电器阵列，接收端DSP控制系统和接收端无线通信模块。
所述的发射端信号提取与加载模块，接收端信号提取与加载模块用于信号的发送和接收。
所述的电磁发射部分和电磁接收部分用于能量在空间以磁场耦合的方式传播。
所述的发射端DSP控制系统和接收端DSP控制系统用于命令的解释、执行、状态检测和控制等。
所述的发射端匹配网络和接收端匹配网络用于整个无线电能传输系统的谐振匹配，实现功率传输的最大化。
所述的DDS信号源用于产生高频的小功率正弦信号。
所述的宽带线性功放用于将DDS信号源产生的高频小功率信号进行功率放大。
所述的发射端功率检测模块和接收端功率检测模块用于进行功率的实时监测。
所述的整流滤波电路用于将接收端匹配电路接收到的电能进行整流，并滤除杂波。
所述的DC/DC换压电路用于将整流滤波后的能量进行电压转换，得到适合负载使用的电能。
所述的电磁发射调谐系统包括先有开关和电容串联，再以这样的形式多组并联(组数为11)；最后再将这组继电器开关阵列再与电磁发射部分并联；其特征在于，发射端DSP控制系统控制其继电器开关阵列进行选择开通与关断操作。
所述的电磁接收调谐系统包括先有开关和电容串联，再以这样的形式多组并联(组数为11)；最后再将这组继电器开关阵列再与电磁接收部分和负载并联；其特征在于，接收端DSP控制系统控制其继电器开关阵列进行选择开通与关断操作。
本发明的谐振解耦电路具有结构简单、可靠性高的特点。
附图说明
图1是设计系统的整体框图；
图2是谐振解耦发射电路系统框图；
图3是谐振解耦接收电路系统框图；
图4是电磁发射调谐系统框图；
图5是电磁接收调谐系统框图；
具体实施方式
本发明提供一种结构简单、高可靠性的用于无线电能传输的谐振解耦电路。下面结合实施例和附图对本发明做出详细说明。
如图1所示：本发明所采用的技术方案是：一种谐振解耦电路，包括：电源、谐振解耦发射电路、谐振解耦接收电路和负载。其特征在于：电源给谐振解耦发射电路提供电能，谐振解耦发射电路根据谐振解耦接收电路的反馈信息实时控制发射的电能。谐振解耦接收电路通过空间磁场耦合接收来自谐振解耦发射电路的能量，然后为负载实时供电，并实时反馈给谐振解耦发射电路。
如图2所示：所述的谐振解耦发射电路包括：发射端继电器阵列、发射端信号提取与加载模块、发射端DSP控制系统、DDS信号源、宽带线性功放、电磁发射部分。其特征在于：DDS信号源给宽带线性功放输入一定功率和频率的正弦信号，该信号经过宽带线性功放放大后，再输入到电磁发射部分，然后能量以电磁波的形式传送。发射端无线通信模块根据谐振解耦接收电路反馈的信息，判断负载是否为“非法用户”，输出控制信号给DDS信号源和发射端继电器阵列。使得DDS信号源输出新的正弦信号，发射端继电器阵列进行选择开通与关断操作，从而发射线圈与接收线圈通过投切电容的方法同时改变谐振频率。
如图3所示：所述的中继电能和接收系统包括：电磁接收部分、整流滤波电路、DC/DC换压电路、接收端继电器阵列，接收端DSP控制系统和接收端无线通信模块。其特征在于：电磁接收部分通过空间磁场耦合接收来自电能和信号发射系统发射的电能，然后将电能输入到整流滤波电路，整流滤波后的电能在经过DC/DC换压电路得到适合负载使用的电能。接收端DSP控制系统实时检测负载是否为“非法用户”和功率情况，然后将检测结果提供给接收端DSP控制系统，接收端DSP控制系统将收到的功率结果经过分析，将反馈信息提供给接收端无线通信模块，同时将控制接收端继电器阵列进行选择开通与关断操作，从而控制电磁接收部分对从电磁发射部分发射的能量的接收。
如图4所示，所述的电磁发射调谐系统包括：先有开关和电容串联，再以这样的形式多组并联(组数为11)。最后再将这组继电器开关阵列再与电磁发射部分并联。其特征在于：首先，发射端DSP控制系统控接收谐振解耦接收电路发送的“用电请求”，判断用户是“合法用户”还是“非法用户”。其次按照判定结果通过预定设计好的编码序列控制K1到K11的其中7个的闭合，从而使得C1到C11中相应的电容接入电路，此时谐振解耦发射电路的工作频率将会改变，如果对方为“合法用户”，则可以通过电磁接收谐振系统正常用电，如果对方为“非法用户”，则对方将不能正常获得电能。
如图5所示，所述的电磁接收调谐系统包括：先有开关和电容串联，再以这样的形式多组并联(组数为11)。最后再将这组继电器开关阵列再与电磁接收部分和负载并联。其特征在于：接收端DSP控制系统先通过接收端无线通信模块向谐振解耦发射电路发送“供电请求”，当电磁当谐振解耦接收电路判断完身份后，将发送的新跳频频率，跳频序列，跳频时钟(允许一定误差)，“合法用户”可以利用接收端DSP控制系统按照接收到跳频频率，跳频序列，跳频时钟(允许一定误差)，控制K1到K11的其中5个的闭合，从而使得C1到C11中相应的电容接入电路，此时谐振解耦接收电路的工作频率将会改变。此时“合法用户”将能够正常用电，“非法用户”则无法正常用电，从而避免“非法用户”的窃电行为。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一。所以如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种谐振解耦电路，包括电源(1)、谐振解耦发射电路(2)、谐振解耦接收电路(3)和负载(4)；其特征在于，电源(1)与谐振解耦发射电路(2)相连，谐振解耦接收电路(3)与负载(4)相连。
2.根据权利要求1所述的谐振解耦发射电路包括发射端无线通信模块(21)、发射端DSP控制系统(22)、DDS信号源(23)、宽带线性功放(24)、电磁发射部分(25)和电磁发射调谐系统(26)。其特征在于，DDS信号源(23)与宽带线性功放(24)相连，宽带线性功放(24)与电磁发射部分(25)相连，DDS信号源(23)又与发射端DSP控制系统(22)相连，发射端DSP控制系统(22)又与电磁发射调谐系统(26)相连，发射端无线通信模块(21)与发射端DSP控制系统(22)相连，发射端无线通信模块(21)又与电磁发射部分(25)相连。
3.根据权利要求1所述的谐振解耦接收电路包括电磁接收部分(31)、整流滤波电路(32)、DC/DC换压电路(33)、电磁接收调谐系统(34)，接收端DSP控制系统(35)和接收端无线通信模块(36)；其特征在于，电磁接收部分(31)与整流滤波电路(33)相连，整流滤波电路(32)又与DC/DC换压电路(33)相连，DC/DC换压电路(34)与负载(4)相连，电磁接收部分(31)又与电磁接收调谐系统相连，电磁接收调谐系统(34)又与接收端DSP控制系统(35)相连，接收端DSP控制系统(35)又与接收端无线通信模块(36)相连。
4.根据权利要求2所述的电磁发射调谐系统包括先有开关和电容串联，再以这样的形式多组并联(组数为11)；最后再将这组继电器开关阵列再与电磁发射部分(25)并联；其特征在于，发射端DSP控制系统(22)控制其继电器开关阵列进行选择开通与关断操作。
5.根据权利要求3所述的电磁接收调谐系统包括先有开关和电容串联，再以这样的形式多组并联(组数为11)；最后再将这组继电器开关阵列再与电磁接收部分(31)和负载(4)并联；其特征在于，接收端DSP控制系统(35)控制其继电器开关阵列进行选择开通与关断操作。
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