CN109889067A - 一种用于无线功率传输的多输出高频逆变器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种用于无线功率传输的多输出高频逆变器及其控制方法，所述逆变器包括连接电源的主开关；输入电路，包括一个主电感和与所述主电感并联的续流开关，其中所述主电感与所述续流开关并联后一端接地，另一端连接所述主开关；和至少3个输出电路，每个输出电路包括输出开关，一个LC组成的并联回路，和无线发射线圈，其中，通过控制所述续流开关的输入来控制该逆变器工作在PCCM模式。该逆变器需要更少的外围器件，每路功率输出可独立控制的，具有更好的扩展性，可以扩展到控制更多的交流输出，具有更高的传输效率。
Description
技术领域
本发明涉无线充电技术领域，尤其涉及一种用于无线功率传输的多输出高频逆变器。
背景技术
无线功率传输无疑是目前发展最快的技术之一，在学术和工业界都得到了巨大的关注。该技术能够实现对各式各样的消费类电子产品的无线充电，例如：手机、平板、笔记本电脑、智能穿戴传感器以及生物医学植入设备等。
目前，用于无线功率传输的多输出高频逆变器采用多发射线圈技术。多发射线圈技术可以增加无线充电设备的发射器与接收器之间对准的可能性。多发射线圈技术可以在不降低充电效率的情况下，显著提高接收设备的空间自由度，并实现一个充电设备对多个终端设备的同时以不同的速度和不同的功率充电。因此多发射线圈技术提高了无线充电器的可扩展性和灵活性。
但是，当前的多发射线圈的无线功率传输高频逆变器设计很复杂，外围器件多，成本高。当前的设计如图1所示，第一级是一个全桥逆变器，进行DC-AC的转换；第二级是一个多路分配器，连接到第三级的共振电路和发射线圈。其中的多路分配器的设计非常复杂，需要很多的分离的继电器控制输出，需要大量的电感来进行功率转换。这些大量的有源器件会导致更多功率损失和更高的系统成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于无线功率传输的多输出高频逆变器，降低系统设计的复杂度和成本。
本申请揭露的一种用于无线功率传输的多输出高频逆变器包括连接电源的主开关；输入电路，包括一个主电感和与所述主电感并联的续流开关，所述续流开关包括第一输入场效应管和与所述第一输入场效应管串联的第二输入场效应管，其中所述主电感与所述续流开关并联后一端接地，另一端连接所述主开关；和至少3个输出电路，每个输出电路包括输出开关，一个LC组成的并联回路，和无线发射线圈，所述输出开关一端连接到主开关，另一端分别连接到所述LC组成的并联回路，所述无线发射线圈与所述LC组成的并联回路并联，其中所述输出开关包括第一输出场效应管和与所述第一输出场效应管串联的第二输出场效应管；其中，通过控制所述续流开关的输入来控制该逆变器工作在PCCM模式。
进一步，通过外部输入信号控制所述输出开关从而独立打开或关闭所述至少3个输出电路的每个输出电路的无线功率输出。
进一步，所述主开关是场效应管，通过外部输入信号控制所述主开关从而打开或关闭主电源。
进一步，通过调整所述主开关的占空比从而调整所述至少3个输出电路的每个交流输出电压的均方根值。
进一步，所述至少3个输出电路包括三个输电路。
本申请还揭露了一种用于控制前述无线功率传输的多输出高频逆变器的方法，其包括通过控制所述续流开关的输入来控制该逆变器工作在PCCM模式。
进一步，通过外部输入信号控制所述输出开关从而独立打开或关闭所述至少3个输出电路的每个输出电路的无线功率输出。
进一步，所述主开关是场效应管，通过外部输入信号控制所述主开关从而打开或关闭主电源。
进一步，通过调整所述主开关的占空比从而调整所述至少3个输出电路的每个交流输出电压的均方根值。
该逆变器电路可以提供多个独立的无线功率传输。更重要的是通过工作在准连续传导模式(PCCM)下，每路输出的额定功率可以最大提高到15W。与传统桥式逆变器相比，1)该电路需要更少的外围器件，2)每路功率输出是独立控制的，3)具有更好的扩展性，可以扩展到控制更多的交流输出，3)具有更高的传输效率。
附图说明
图1为传统的用于无线功率传输的多输出高频逆变器。
图2本申请一个具体实施例的无线功率传输的多输出无线功率传输逆变器。
图3本申请一个具体实施例的无线功率传输的多输出无线功率逆变器控制电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做详细说明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如图2所示，本申请揭露了一种无线功率传输的多输出的高频逆变器，其包括连接电源的主开关4；输入电路5，包括一个主电感51和与所述主电感并联的续流开关，所述续流开关包括第一输入场效应管52和与所述第一输入场效应管52串联的第二输入场效应管53，其中所述主电感51与所述续流开关并联后一端接地，另一端连接所述主开关4；和至少3个输出电路。在一个实施例中，如图2所示，具体有三个输出电路，包括第一输出电路1，第二输出电路2，和第三输出电路3。
其中，第一输出电路1包括输出开关11，一个LC组成的并联回路，包括并联的电容Co1和电感Lo1，和无线发射线圈LT1，所述输出开关11一端连接到主开关4，另一端分别连接到上述LC组成的并联回路(Lo1,Co1)，所述无线发射线圈LT1与LC组成的并联回路(Lo1,Co1)并联，其中所述输出开关11包括第一输出场效应管Sout1a，和与所述第一输出场效应管Sout1a串联的第二输出场效应管Sout1b。
其中，第一输出电路2包括输出开关21，一个LC组成的并联回路，包括并联的电容Co2和电感Lo2，和无线发射线圈LT2，所述输出开关21一端连接到主开关4，另一端分别连接到上述LC组成的并联回路(Lo2,Co2)，所述无线发射线圈LT2与LC组成的并联回路(Lo2,Co2)并联，其中所述输出开关21包括第一输出场效应管Sout2a，和与所述第一输出场效应管Sout2a串联的第二输出场效应管Sout2b。
其中，第一输出电路3包括输出开关31，一个LC组成的并联回路，包括并联的电容Co3和电感Lo3，和无线发射线圈LT3，所述输出开关31一端连接到主开关4，另一端分别连接到上述LC组成的并联回路(Lo3,Co3)，所述无线发射线圈LT3与LC组成的并联回路(Lo3,Co3)并联，其中所述输出开关31包括第一输出场效应管Sout3a，和与所述第一输出场效应管Sout3a串联的第二输出场效应管Sout3b。
其中，无线功率传输的多输出的高频逆变器的控制方法是通过控制所述续流开关的输入来控制该逆变器工作在PCCM模式。所述续流开关的输入从第一输入场效应管52和第二输入场效应管53的栅极。
通过外部输入信号Do1控制第一输出电路1的第一输出场效应管Sout1a和第二输出场效应管Sout1b的栅极输入；通过外部输入信号Do2控制第二输出电路2的第一输出场效应管Sout2a和第二输出场效应管Sout2b的栅极输入；通过外部输入信号Do3控制第三输出电路3的第一输出场效应管Sout3a和第二输出场效应管Sout3b的栅极输入，从而独立打开和关闭三个输出电路的每一路无线功率输出。
通过外部输入信号Dmain控制主开关4的场效应管Smain，从而独立打开和关闭主电源。
在一个实施例中，通过外部输入信号Dmain控制主开关4的场效应管Smain的占空比从而调整3个输出电路的交流输出电压的均方根值。
如图3所示，本申请揭露了一种用于控制本发明所述高频逆变器的控制电路，其输出信号用于连接到图2所示电路中的相应的场效应管的栅极输入。
以下为控制电路的输入信号：
·fSW连接系统时钟信号。
·outen1、outen2、outen3是逆变器输出电路的开关信号。
·pccm_en是准连续传导模式控制信号
·IL.sen是主电感上的电流
·Ipeak1、Ipeak2、Ipeak3是设定的电感电流的门限
以下为控制电路输出到本发明的信号：
·Dmain控制主开关4的场效应管Smain。
·DFW控制续流开关的第一输入场效应管52和第二输入场效应管53。
Do1、Do2和Do3分别控制输出开关场效应管(Sout1a,Sout1b)、(Sout2a,Sout2b)和(Sout1a,Sout1b)。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于无线功率传输的多输出高频逆变器，其特征在于，包括：
连接电源的主开关；
输入电路，包括一个主电感和与所述主电感并联的续流开关，所述续流开关包括第一输入场效应管和与所述第一输入场效应管串联的第二输入场效应管，其中所述主电感与所述续流开关并联后一端接地，另一端连接所述主开关；和
至少3个输出电路，
每个输出电路包括输出开关，一个LC组成的并联回路，和无线发射线圈，所述输出开关一端连接到主开关，另一端连接所述LC组成的并联回路，所述无线发射线圈与所述LC组成的并联回路并联，其中所述输出开关包括第一输出场效应管和与所述第一输出场效应管串联的第二输出场效应管；
其中，通过控制所述续流开关的输入来控制该逆变器工作在PCCM模式。
2.根据权利要求1所述的用于无线功率传输的多输出高频逆变器，其特征在于，通过外部输入信号控制所述输出开关从而独立打开或关闭所述至少3个输出电路的每个输出电路的无线功率输出。
3.根据权利要求1所述的用于无线功率传输的多输出高频逆变器，其特征在于，所述主开关是场效应管，通过外部输入信号控制所述主开关从而打开或关闭主电源。
4.根据权利要求1所述的用于无线功率传输的多输出高频逆变器，其特征在于，通过调整所述主开关的占空比从而调整所述至少3个输出电路的每个交流输出电压的均方根值。
5.根据权利要求1所述的用于无线功率传输的多输出高频逆变器，其特征在于，所述至少3个输出电路包括三个输电路。
6.一种控制无线功率传输的多输出高频逆变器的控制方法，其特征在于，所述逆变器包括连接电源的主开关；输入电路，包括一个主电感和与所述主电感并联的续流开关，所述续流开关包括第一输入场效应管和与所述第一输入场效应管串联的第二输入场效应管，其中所述主电感与所述续流开关并联后一端接地，另一端连接所述主开关；和至少3个输出电路，每个输出电路包括输出开关，一个LC组成的并联回路，和无线发射线圈，所述输出开关一端连接到主开关，另一端连接到所述LC组成的并联回路，所述无线发射线圈与所述LC组成的并联回路并联，其中所述输出开关包括第一输出场效应管和与所述第一输出场效应管串联的第二输出场效应管；
其中，所述方法包括：
通过控制所述续流开关的输入来控制该逆变器工作在PCCM模式。
7.根据权利要求6所述的控制无线功率传输的多输出高频逆变器的控制方法，其特征在于，通过外部输入信号控制所述输出开关从而独立打开或关闭所述至少3个输出电路的每个输出电路的无线功率输出。
8.根据权利要求6所述的控制无线功率传输的多输出高频逆变器的控制方法，其特征在于，所述主开关是场效应管，通过外部输入信号控制所述主开关从而打开或关闭主电源。
9.根据权利要求6所述的控制无线功率传输的多输出高频逆变器的控制方法，其特征在于，通过调整所述主开关的占空比从而调整所述至少3个输出电路的每个交流输出电压的均方根值。
10.根据权利要求6所述的控制无线功率传输的多输出高频逆变器的控制方法，其特征在于，所述至少3个输出电路包括三个输电路。
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