CN105429314A - 一种基于双e类功放的无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双E类功放的无线电能传输装置，包括MCU，用于产生驱动波形；双E类功放发送模块，用于产生和发送电能；无线接收模块，用于接收电能；整流模块，用于给负载供电；键盘，用于调整驱动波形频率大小；所述键盘的输出端连接所述MCU的输入端，所述MCU的输出端连接所述双E类功放发送模块的输入端，所述双E类功放发送模块的输出端连接所述无线接收模块的输入端，所述无线接收模块的输出端连接整流模块的输入端。本发明结构简单，针对无线供电采用能够实现最大效率、最大传输距离的双E类功率放大拓扑，性能优良，尽可能的提高了无线电能传输装置的效率和发射线圈与接收线圈之间的距离。

Description

一种基于双E类功放的无线电能传输装置

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种基于双E类功放的无线电能传输装置。

背景技术

无线电能传输(WirelessPowerTransmission，WPT)也称无线电力传输或无线功率传输，它通过能量转换和空间辐射来实现非接触式的电能传输。WPT主要通过电场耦合、电磁感应、磁共振、无线电波四种方式来实现非接触式的电能传输，被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。随着科技和经济的发展，实现无线电能传输已逐渐成为人们追寻的一个目标。但就目前来说，对无线电能传输的原理、电路结构、传能能力、传输特性等方面已有较为深入的研究，而对系统效率和性能有较大影响的前端高频功率放大器，研究则较少。已有的研究大都采用传统的功率放大器充当电源，这类放大器其晶体管一般工作在连续状态，电路的损耗比较大，效率较低且工作频段针对性不强。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，解决现有技术中存在的缺陷，提供一种基于双E类功放的无线电能传输装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于双E类功放的无线电能传输装置，

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于双E类功放的无线电能传输装置，包括MCU，用于产生驱动波形；双E类功放发送模块，用于产生和发送电能；无线接收模块，用于接收电能；整流模块，用于给负载供电；键盘，用于调整驱动波形频率大小；所述键盘的输出端连接所述MCU的输入端，所述MCU的输出端连接所述双E类功放发送模块的输入端，所述双E类功放发送模块的输出端连接所述无线接收模块的输入端，所述无线接收模块的输出端连接整流模块的输入端。

优选地，所述双E类功放发送模块包含第一开关管、第二开关管、第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、发射线圈、谐振电容和电阻，所述第一开关管的一端连接第一电感的一端、发射线圈的一端和第一电容的一端，所述第一开关管的另一端连接第一电容的另一端以及第二电容的一端，所述第一电感的另一端连接第二电感的一端，所述发射线圈的另一端连接电阻的一端，所述电阻的另一端连接谐振电容的一端，所述第二开关管的一端连接谐振电感的另一端、第二电感的另一端以及第二电容的另一端，所述第二开关管的另一端连接第二电容的一端以及第一电容的另一端，发射线圈和谐振电容构成谐振回路。

优选地，所述无线接收模块为串联LC谐振回路，包含接收线圈，所述接收线圈与发射线圈相同。

优选地，所述发射线圈采用多股纱包线用单层线圈密绕方式绕制而成，为0.1*200励磁线单层绕制。

优选地，所述谐振电容为耐压值达1600V的CBB电容。

优选地，所述MCU包含单片机，驱动器和功率MOS管，所述单片机的输出端连接所述驱动器的输入端，所述驱动器的输出端连接所述功率MOS管的输入端。

优选地，所述单片机为STM32F103ZET6单片机。

优选地，所述驱动器为UCC27211驱动器。

优选地，所述功率MOS管型号为CSD19535。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)利用STM32F103ZET6产生驱动波形，丰富的定时器资源可产生死区可调、频率可调的PWM波，通过软件产生驱动波形，频率可调，占空比可调，死区可调，给调试以及控制带来了极大的方便。

(2)相对于传统的单E类功放，双E类功放第一开关管与第二开关管共同承担输入电压的峰值，交替为负载提供高频电流，使其输出功率可提高到原来的4倍。

(3)结构简单，针对无线供电采用能够实现最大效率、最大传输距离的双E类功率放大拓扑，性能优良，尽可能的提高了无线电能传输装置的效率和发射线圈与接收线圈之间的距离。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于双E类功放的无线电能传输装置的基本原理图。

图2为本发明实施例一种基于双E类功放的无线电能传输装置的双E类功放发送模块的主程序流程图。

图3为本发明实施例一种基于双E类功放的无线电能传输装置的双E类功放发送模块的拓扑电路结构图。

附图标记说明：10-MCU；20-双E类功放发送模块；30-无线接收模块；40-整流模块；50-键盘；201-发射线圈；202-谐振电容；203-第一开关管；204-第二开关管；205-第一电容；206-第二电容；207-第一电感；208-第二电感；209-电阻；301-接收线圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例一

如图1和图2所示其分别为本发明实施例一种基于双E类功放的无线电能传输装置的基本原理图和主程序流程图，包括MCU10，用于产生驱动波形；双E类功放发送模块20，用于产生和发送电能；无线接收模块30，用于接收电能；整流模块40，用于给负载供电；键盘50，用于调整驱动波形频率大小；键盘的输出端连接MCU的输入端，MCU的输出端连接双E类功放发送模块的输入端，双E类功放发送模块的输出端连接无线接收模块的输入端，无线接收模块的输出端连接整流模块的输入端。通过以上设置的基于双E类功放的无线电能传输装置在工作时，MCU10产生驱动波形，驱动双E类功放发送模块20发射电能，无线接收模块30接收双E类功放发送模块20发射的电能，经过整流电路40整流后提供给负载供电。

如图2所示，其为本发明实施例一种基于双E类功放的无线电能传输装置的双E类功放发送模块的拓扑电路结构图，在具体应用实施例中，双E类功放发送模块包含第一开关管203、第二开关管204、第一电容205、第二电容206、第一电感207、第二电感208、发射线圈201、谐振电容202和电阻209，第一开关管203的一端连接第一电感207的一端、发射线圈201的一端和第一电容205的一端，第一开关管203的另一端连接第一电容205的另一端以及第二电容206的一端，第一电感207的另一端连接第二电感208的一端，发射线圈201的另一端连接电阻209的一端，电阻209的另一端连接谐振电容202的一端，第二开关管204的一端连接发射线圈201的另一端、第二电感208的另一端以及第二电容206的另一端，第二开关管204的另一端连接第二电容206的一端以及第一电容205的另一端，发射线圈201和谐振电容202构成谐振回路。两个开关管轮流导通与关闭为电感电容反复充放电，由于开关管源极和漏极并联有旁路电容，可实现开关管的零电压开通，大大降低了开通损耗和关断损耗，极大的提高了电路的效率，同时提高了无线传输的效率。

在具体应用实施例中，无线接收模块30为串联LC谐振回路，包含接收线圈301，接受线圈301与发射线圈201相同，保证发射线圈201和接收线圈301具有相同的共振频率。

在具体应用实施例中，发射线圈201采用多股纱包线用单层线圈密绕方式绕制而成，为0.1*200励磁线单层绕制，将线圈导线一圈紧挨一圈缠绕在线圈骨架上，该绕制方法具有较大的电感量，但其分布电容较大，采用多股纱包线可改善密绕法线圈的性能，电感量只有几个或几十个微亨，提高Q值，从而提高线圈的选频特性。

在具体应用实施例中，谐振电容202为耐压值达1600V的CBB电容。

在具体应用实施例中，MCU10包含单片机，驱动器和功率MOS管，单片机的输出端连接驱动器的输入端，驱动器的输出端连接功率MOS管的输入端。

在具体应用实施例中，单片机为STM32F103ZET6单片机，STM32F103ZET6单片机为72MHz系统时钟，外设较多，功耗较大，输出的PWM波形分辨率较高。

在具体应用实施例中，驱动器为UCC27211驱动器，UCC27211驱动器能够产生短时瞬间大电流，并在沟道开通后维持合适的栅源电压。

在具体应用实施例中，功率MOS管型号为CSD19535，因为MOS的过电压时间稍长就会被击穿，特别是对于E类功放，在非理想状态时，MOS要承受4.4倍的直流侧电压，因此，在选择MOS时，选择电压额定值大于或等于4倍直流输入侧电压的MOS，额定电流应该考虑流过该器件电流的额定值，在非理想状态下，流过MOS，的电流峰值为直流侧的2.86倍，因此，我们选择其额定电流为直流侧3倍以上的MOSFET，CSD19535，100V耐压值，持续漏极电流187A。在MCU工作时，单片机产生PWM波，通过UCC27211驱动器驱动功率MOS管(CSD19535)，设定谐振频率，功率MOS管将功率传递至双E类功放发送模块。

在具体应用实施例中，功率MOS管为CSD19535，

设定双E类功放发送模块中发射线圈工作的谐振频率为166.7kHz，采用0.1*200励磁线单层绕制的线圈，发射线圈的电感值为93UH，发射线圈的谐振频率低于工作频率，谐振电容的值为6.2nF，根据最小旁路电容计算公式第一电容和第二电容的值为12.4nF，根据第一电感和第二电感为1mH，工作状态最佳。

实施例二

在实施例一的基础上，设定双E类功放发送模块中发射线圈工作的谐振频率为512.5kHz，采用0.1*200励磁线单层绕制的线圈，发射线圈的电感值为17.2UH，发射线圈的谐振频率低于工作频率，谐振电容的值为11nF，根据最小旁路电容计算公式第一电容和第二电容的值为41nF，根据第一电感和第二电感为1mH，工作状态最佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，包括

MCU(10)，用于产生驱动波形；

双E类功放发送模块(20)，用于产生和发送电能；

无线接收模块(30)，用于接收电能；

整流模块(40)，用于给负载供电；

键盘(50)，用于调整驱动波形频率大小；

所述键盘(50)的输出端连接所述MCU(10)的输入端，所述MCU(10)的输出端连接所述双E类功放发送模块(20)的输入端，所述双E类功放发送模块(20)的输出端连接所述无线接收模块(30)的输入端，所述无线接收模块(30)的输出端连接整流模块(40)的输入端。

2.如权利要求1所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述双E类功放发送模块包含第一开关管(203)、第二开关管(204)、第一电容(205)、第二电容(206)、第一电感(207)、第二电感(208)、发射线圈(201)、谐振电容(202)和电阻(209)，所述第一开关管(203)的一端连接第一电感(207)的一端、发射线圈(201)的一端和第一电容(205)的一端，所述第一开关管(203)的另一端连接第一电容(205)的另一端以及第二电容(206)的一端，所述第一电感(207)的另一端连接第二电感(208)的一端，所述发射线圈(201)的另一端连接电阻(209)的一端，所述电阻(209)的另一端连接谐振电容(202)的一端，所述第二开关管(204)的一端连接发射线圈(201)的另一端、第二电感(208)的另一端以及第二电容(206)的另一端，所述第二开关管(204)的另一端连接第二电容(206)的一端以及第一电容(205)的另一端，发射线圈(201)和谐振电容(202)构成谐振回路。

3.如权利要求2所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述无线接收模块(30)为串联LC谐振回路，包含接收线圈(301)，所述接收线圈(301)与发射线圈(201)相同。

4.如权利要求2所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述发射线圈(201)采用多股纱包线用单层线圈密绕方式绕制而成，为0.1*200励磁线单层绕制。

5.如权利要求2所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述谐振电容(202)为耐压值达1600V的CBB电容。

6.如权利要求1-5任一所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述MCU(10)包含单片机，驱动器和功率MOS管，所述单片机的输出端连接所述驱动器的输入端，所述驱动器的输出端连接所述功率MOS管的输入端。

7.如权利要求6所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述单片机为STM32F103ZET6单片机。

8.如权利要求6所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述驱动器为UCC27211驱动器。

9.如权利要求6所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述功率MOS管型号为CSD19535。

10.如权利要求7或8所述的基于双E类功放的无线电能传输装置，其特征在于，所述功率MOS管型号为CSD19535。