CN105141045A - 磁耦合谐振式无线电能传输控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，属于无线电能传输领域，由发射端和接收端组成，发射端和接收端无线连接；发射端包括直流电源、功率调节器、全桥逆变电路、发射电路、驱动电路1、驱动电路2、信号检测电路、发射端控制器、无线接收电路和发射端显示模块；接收端包括接收电路、高频整流滤波电路、负载、信号检测电路、无线发送电路、接收端控制器和接收端显示模块；使用发射端发射线圈和接收线圈为共振线圈，二者以相同的频率振荡时，通过耦合将能量从发射端传送至接收端，实现无线电能传输；通过实时采集接收端频率通过无线传输与发射端实时校对，提高了无线传输的效率，解决现有无线电能传输控制系统效率低的问题。

Description

磁耦合谐振式无线电能传输控制系统

技术领域

本发明涉及无线电能传输控制系统，特别是涉及磁耦合谐振式无线电能传输控制系统。

背景技术

随着无线技术的发展，无线电能传输是一种新型的电能传输方式。现阶段无线电能传输主要有3种技术：感应耦合技术、磁耦合谐振技术以及远场辐射技术，其中磁耦合谐振式无线电能传输技术为电能的中等距离传输提供了可能，同时具有对人体无害、空间相对位置情况下能量损耗小等优点，因此受到了广泛的关注。目前磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究多集中于耦合谐振器的分析，传输电路参数研究与优化。线圈位置对传输特性的影响，无线电能传输分析方法及线圈特性与优化等。对控制系统的研究和设计较少。这制约着磁耦合谐振式无线电能传输的应用研究进程，随着社会的需求，需要开发一种高效率的无线电能传输控制系统。

发明内容

本发明提供磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，解决现有无线电能传输控制系统效率低的问题。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，由发射端和接收端组成；

所述发射端和接收端无线连接；

发射端包括直流电源、功率调节器、全桥逆变电路、发射电路、驱动电路1、驱动电路2、信号检测电路、发射端控制器、无线接收电路和发射端显示模块；所述直流电源的输出端与功率调节器的输入端连接；所述功率调节器的输出端与全桥逆变电路的输入端连接；所述全桥逆变电路的输出端分别与发射电路和信号检测电路的输入端连接；所述发射电路与接收端无线连接；所述信号检测电路和无线接收电路的输出端均与发射端控制器的输入端连接；所述无线接收电路与接收端无线连接；所述发射端控制器的输出端分别与驱动电路1、驱动电路2和发射端显示模块的输入端连接；

接收端包括接收电路、高频整流滤波电路、负载、信号检测电路、无线发送电路、接收端控制器和接收端显示模块；所述接收电路与发射端的发射电路的无线连接；所述接收电路的输出端分别与高频整流滤波电路和信号检测电路的输入端连接；所述高频整流滤波电路的输出端分别与负载和信号检测电路的输入端连接；所述信号检测电路的输出端与接收端控制器的输入端连接；所述接收端控制器的输出端分别与无线发送电路和接收端显示模块连接；所述无线发送电路与发射端的无线接收电路无线连接。

上述方案中，所述发射电路包括发射线圈和一个电容，所述电容与发射线圈串联连接。

上述方案中，所述全桥逆变电路包括MOSFET管和四个二极管；MOSFET管的每个管脚分别与一个二极管并联连接，四个二极管间反并联连接。

上述方案中，所述无线接收电路使用NRFL2401模块。

本发明的优点与效果是：

本发明提供磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，使用发射端发射线圈和接收线圈为共振线圈，当二者以相同的频率振荡时，通过耦合将能量从发射端传送至接收端，实现无线电能传输；通过实时采集接收端频率通过无线传输与发射端实时校对，提高了无线传输的效率，解决现有无线电能传输控制系统效率低的问题。

附图说明

图1为本发明系统原理框图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，由发射端和接收端组成；

所述发射端和接收端无线连接；

发射端包括直流电源、功率调节器、全桥逆变电路、发射电路、驱动电路1、驱动电路2、信号检测电路、发射端控制器、无线接收电路和发射端显示模块；所述直流电源的输出端与功率调节器的输入端连接；所述功率调节器的输出端与全桥逆变电路的输入端连接；所述全桥逆变电路的输出端分别与发射电路和信号检测电路的输入端连接；所述发射电路与接收端无线连接；所述信号检测电路和无线接收电路的输出端均与发射端控制器的输入端连接；所述无线接收电路与接收端无线连接；所述发射端控制器的输出端分别与驱动电路1、驱动电路2和发射端显示模块的输入端连接；

接收端包括接收电路、高频整流滤波电路、负载、信号检测电路、无线发送电路、接收端控制器和接收端显示模块；所述接收电路与发射端的发射电路的无线连接；所述接收电路的输出端分别与高频整流滤波电路和信号检测电路的输入端连接；所述高频整流滤波电路的输出端分别与负载和信号检测电路的输入端连接；所述信号检测电路的输出端与接收端控制器的输入端连接；所述接收端控制器的输出端分别与无线发送电路和接收端显示模块连接；所述无线发送电路与发射端的无线接收电路无线连接。

全桥逆变电路包括MOSFET管和四个二极管；MOSFET管的每个管脚分别与一个二极管并联连接，四个二极管间反并联连接；经过由MOSFET管及反并联二极管组成的全桥逆变电路将直流电转变成高频交流电，为下一阶段做准备。

发射电路包括发射线圈和一个电容，所述电容与发射线圈串联连接，其中，这个电容成为谐振电容，发射端谐振电容和发射线圈组成的串联谐振回路产生谐振电压和谐振电流，接收端接收线圈和谐振电容组成的串联谐振回路具有和发射端相同的谐振频率，通过磁耦合谐振使能量从发射端传递至接收端，实现电能的无线传输。

无线接收电路使用NRFL2401模块，通过实时接收接收端采集的频率，并将接收数据传给发射端控制器，通过发射端控制器进一步判断并实时校对发射端的频率，从而提高传输效率。

首先，电能从直流电源输入到功率调节器，用户根据需要通过调节功率调节器调到需要发射的功率，经过全桥逆变电路时，把直流电转换为高频交流电，发射端谐振电容和发射线圈组成的串联谐振回路产生谐振电压和谐振电流，接收端接收线圈和谐振电容组成的串联谐振回路具有和发射端相同的谐振频率，通过磁耦合谐振使能量从发射端传递至接收端；接收端接收电能后，经过高频整流滤波电路滤波和整流后进入到负载，实现电能的无线传输。

接收端的信号检测电路实时检测接收端的接收电能的频率，将检测的数据传给接收端控制器，接收端控制器将接收的数据传给接收端显示模块和无线发送电路；接收端显示模块接收接收端控制器传入的采样的频率数据、电压和电流数据，将采样的频率数据、电压和电流数据显示给用户，使用户能清楚看到接收端的频率、电压和电流数据。无线发送电路接收接收端控制器传入的采样的频率数据、电压和电流数据，将接收的采样的频率数据、电压和电流数据传给发射端的无线接收电路。

无线接收电路接收无线发送电路传入的采样的频率数据、电压和电流数据，将接收的频率数据、电压和电流数据传给发射端控制器，发射端控制器接收频率数据、电压和电流数据后经过处理分析，控制驱动电路1和驱动电路2从而改变输入电流的频率和电压大小。从而实现采集反馈闭环式控制，使接收端和发射端的频率相匹配，从而提高电能的传输效率；解决现有无线电能传输控制系统效率低的问题。

Claims (4)

1.磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：由发射端和接收端组成；

所述发射端和接收端无线连接；

发射端包括直流电源、功率调节器、全桥逆变电路、发射电路、驱动电路1、驱动电路2、信号检测电路、发射端控制器、无线接收电路和发射端显示模块；所述直流电源的输出端与功率调节器的输入端连接；所述功率调节器的输出端与全桥逆变电路的输入端连接；所述全桥逆变电路的输出端分别与发射电路和信号检测电路的输入端连接；所述发射电路与接收端无线连接；所述信号检测电路和无线接收电路的输出端均与发射端控制器的输入端连接；所述无线接收电路与接收端无线连接；所述发射端控制器的输出端分别与驱动电路1、驱动电路2和发射端显示模块的输入端连接；

接收端包括接收电路、高频整流滤波电路、负载、信号检测电路、无线发送电路、接收端控制器和接收端显示模块；所述接收电路与发射端的发射电路的无线连接；所述接收电路的输出端分别与高频整流滤波电路和信号检测电路的输入端连接；所述高频整流滤波电路的输出端分别与负载和信号检测电路的输入端连接；所述信号检测电路的输出端与接收端控制器的输入端连接；所述接收端控制器的输出端分别与无线发送电路和接收端显示模块连接；所述无线发送电路与发射端的无线接收电路无线连接。

2.根据权利要求1所述的磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：所述发射电路包括发射线圈和一个电容，所述电容与发射线圈串联连接。

3.根据权利要求1所述的磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：所述全桥逆变电路包括MOSFET管和四个二极管；MOSFET管的每个管脚分别与一个二极管并联连接，四个二极管间反并联连接。

4.根据权利要求1所述的磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：所述无线接收电路使用NRFL2401模块。