CN113872342A - 一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其结构包括无线供电发射装置和无线供电接收装置；所述无线供电发射装置包括AC转DC模块、驱动信号电路、E类逆变电路、第一LC谐振电路、锁频电路，AC转DC模块的输出端与驱动信号电路的输入端连接，驱动信号电路的输出端与E类逆变电路的输入端连接，E类逆变电路的输出端与第一LC谐振电路的输入端连接，第一LC谐振电路的输入输出端与锁频电路的输出输入端对接；所述无线供电接收装置中的第二LC谐振电路的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端与稳压电路的输入端连接；第一LC谐振电路中包含有发射线圈，第二LC谐振电路中包含有接收线圈。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，属于无线能量传输技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高和电子信息技术的发展，手机、中小功率家电和消费电子产品已经成为了日常生活中必不可少的部分；然而，常规的供电和充电方式仍然需要充电线、插座或电池等，占据了我们日常生活和工作中大量的活动空间；不仅如此，大量的电源线存在标准不统一、易磨损、便携性差和一系列安全性问题，在日益紧张的环境资源和人们对更为便捷的供电模式的需求下，无线能量传输技术成为了目前国内外研究的热点。
无线能量传输技术主要分为三种：电磁波辐射式，电磁感应式和磁共振式；电磁波辐射技术将电能转化为电磁波向空间发射，并在接收端收集转化为电流的形式，此方案的传播距离远，传输效率低，损耗大，且若采用激光传输的方式，需保持光路通畅，通常应用于空间太阳能电站等军事领域中；电磁感应技术利用磁场中线圈的互感来进行能量的传输，此技术相对成熟，传输功率大，传输效率高，已经被三星、苹果等厂商大量应用于手机无线充电，但是其基于电磁感应定律，采用的是紧耦合的无线充电系统设计，对耦合系数较为敏感，必须精确对准，传输距离一般在毫米量级。
目前，消费市场上针对手机等小功率电子产品的无线充电方式主要为电磁感应式，此模式存在以下弊端：
（1）采用紧耦合的无线充电系统设计，必须精确对准，空间自由度低；
（2）传输距离近，一般在毫米量级，传输效率随着传输距离的增大迅速衰减；
（3）不能同时为多台设备供电或充电。
发明内容
本发明提出的是一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其目的旨在解决现有电磁感应式无线充电系统供电时，传输距离近，接收端空间自由度低的问题。
本发明的技术解决方案：一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其结构包括无线供电发射装置和无线供电接收装置；所述无线供电发射装置包括AC转DC模块、驱动信号电路、E类逆变电路、第一LC谐振电路、锁频电路，AC转DC模块的输出端与驱动信号电路的输入端连接，驱动信号电路的输出端与E类逆变电路的输入端连接，E类逆变电路的输出端与第一LC谐振电路的输入端连接，第一LC谐振电路的输入输出端与锁频电路的输出输入端对接；所述无线供电接收装置包括第二LC谐振电路、整流电路、稳压电路，第二LC谐振电路的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端与稳压电路的输入端连接；第一LC谐振电路中包含有发射线圈，第二LC谐振电路中包含有接收线圈，无线供电发射装置中的发射线圈与无线供电接收装置中的接收线圈无线对接。
进一步地，所述无线供电发射装置与无线供电接收装置的数量比为1：N，N≥1；所述无线供电接收装置还包括AI控流电路，稳压电路的输出端与AI控流电路的输入端连接。
进一步地，所述驱动信号电路包括多谐振荡器和驱动电路；所述多谐振荡器包括
定时器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1，所述多谐振荡器的工作波形为
周期性矩形脉冲，充电时间
，放电时间
， 周期性矩形脉冲的周期
，输出占空比为：
，R1’为第一电阻R1的阻值、R3’为第三电
阻R3的阻值，R2’为第二电阻R2的阻值，C1’为第一电容的电容值；通过调节第二电阻R2的阻
值能够连续的调节周期性矩形脉冲的周期和频率；通过控制第二电阻R2和第一电阻R1的比
值调整驱动信号电路所输出矩形脉冲的占空比，多谐振荡器的输出信号一分为二作为源信
号输入驱动电路。
进一步地，所述驱动电路包括反相驱动器和同相驱动器；所述驱动电路将两路同相源信号转换为两路反相输出信号。
进一步地，所述第一电阻R1、第三电阻R3均为定值电阻，所述第二电阻R2为阻值连续可调的电位器。
进一步地，所述E类逆变电路为双路E类逆变电路，双路E类逆变电路包括第一电力场效应管Q1和第二电力场效应管Q2；第一LC谐振电路包括发射线圈LT、串联电容CT1、第一并联电容CT2、第二并联电容CT3。
进一步地，所述锁频电路利用频率跟踪技术，同步工作频率与谐振频率，使系统保持谐振状态，提高传输效率；功率放大的交流信号经第一LC谐振电路和发射线圈将能量由无线供电发射装置传递到无线供电接收装置，实现功率的无线传输；所述锁频电路使振荡电路锁定在谐振频率，防止来自外界因素的干扰导致系统失谐，提高传输效率。
进一步地，所述稳压电路为滤波稳压电路；所述发射线圈与接收线圈均采用多股相互绝缘的单线绞合而成的利兹线。
进一步地，所述无线供电接收装置中接收线圈LR、第二串联电容CR1、第三并联电容CR2构成无线供电系统接收装置中的第二LC谐振电路；第二LC谐振电路接收无线供电发射装置传递的能量，输出交流电压到整流电路中；所述整流电路采用全桥整流的方法，D1、D2、D3、D4为4个整流二极管，利用整流二极管正向偏置导通，反向偏置截至的特性，将交流电转换为直流电。
进一步地，所述驱动信号电路中的驱动电路输出的两路反相信号分别控制E类逆
变电路中的第一电力场效应管Q1、第二电力场效应管Q2交替通断，当第一电力场效应管Q1
导通第二电力场效应管Q2断开时，通过扼流线圈的电流流经第一电力场效应管Q1，发射线
圈LT与串联电容CT1和第二并联电容CT3构成谐振回路，此时的谐振频率由串联电容CT1、并
联电容CT3和发射线圈LT所决定，谐振频率
；当第一电力场效应管Q1断开第
二电力场效应管Q2导通时，扼流线圈的电流流经第二电力场效应管Q2，发射线圈LT与串联
电容CT1和并联电容CT2构成谐振回路，此时的谐振频率由串联电容CT1、并联电容CT2和发
射线圈LT所决定，谐振频率
。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用磁共振模式无线能量传输，超距传输，空间自由度高，且可以给多个电子器件同时供电；
（2）本发明的发射线圈与接受线圈均采用利兹线，可以有效的减少“趋肤效应”带来的高频损耗；
（3）本发明采用双路E类逆变电路，电路损耗小，输出能力强；
（4）本发明的驱动频率和谐振频率均连续可调，使用的频率符合《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定（征求意见稿）》中移动和便携式无线充电设备的三个频段：100 -148.5 kHz，6765-6795 kHz和13553-13567 kHz频段，谐振后的电路只存在阻性负载，极大的降低功率损耗，提高输出效率；
（5）通过进一步设计，本发明输出端与AI控流电路连接，可根据蓄电量所剩电量，分别采用快速充电、连续充电和涓流充电三种模式，控制电流输出大小，弥补自放电造成的容量损失，确保电池充电饱和，延长电池使用寿命；
（6）本发明无线能量超距传输系统发射与接收装置体积小，实现了系统的小型化设计。
附图说明
附图1为本发明的原理示意图。
附图2为本发明一个实施例中NE555定时器构成多谐振荡器的电路图。
附图3为本发明一个实施例中TC4428MOSFET驱动电路示意图。
附图4为本发明一个实施例中NE555定时器构成的多谐振荡器和TC4428MOSFET驱动电路的输出信号波形图。
附图5为本发明中双路E类逆变电路、第一LC谐振电路的示意图。
附图6为本发明中无线供电接收装置的主电路图。
具体实施方式
一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其结构包括无线供电发射装置和无线供电接收装置；所述无线供电发射装置包括AC转DC模块、驱动信号电路、E类逆变电路、第一LC谐振电路、锁频电路，AC转DC模块的输出端与驱动信号电路的输入端连接，驱动信号电路的输出端与E类逆变电路的输入端连接，E类逆变电路的输出端与第一LC谐振电路的输入端连接，第一LC谐振电路的输入输出端与锁频电路的输出输入端对接，第一LC谐振电路中包含有发射线圈；所述无线供电接收装置包括第二LC谐振电路、整流电路、稳压电路，第二LC谐振电路的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端与稳压电路的输入端连接；第一LC谐振电路中包含有发射线圈，第二LC谐振电路中包含有接收线圈，无线供电发射装置中的发射线圈与无线供电接收装置中的接收线圈无线对接。
所述无线供电发射装置与无线供电接收装置的数量比为1：N，N≥1；一个无线供电发射装置可以供应若干个无线供电接收装置使用，实现同时给多个负载供电。
所述无线能量超距传输系统适用于对中小功率器件的基于磁共振模式无线能量超距传输；本发明能够满足如台灯、手机、小型风扇、加湿器、鼠标、笔记本电脑等中小功率电子消费品的无线供电或无线充电的市场和人性化需求，能量传输距离远，安全稳定，功率损耗小，空间自由度高。
所述无线供电接收装置还包括AI控流电路，稳压电路的输出端与AI控流电路的输入端连接。
所述无线供电接收装置还包括功率设备，AI控流电路的输出端与功率设备的输入端连接。
所述无线供电发射装置还包括电源，电源的输出端与AC转DC模块的输入端连接，AC转DC模块将220V，50Hz交流电转为直流电；所述电源优选使用220V，50Hz的国标民用电源，经AC转DC模块，将交流电转化为直流电；AC转DC模块可根据需求，后接升压模块，以获取所需电压。
所述驱动信号电路包括多谐振荡器和驱动电路；如图2所示，所述多谐振荡器包括
定时器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1，所述多谐振荡器的工作波形为
周期性矩形脉冲，充电时间
，放电时间
， 周期性矩形脉冲的周期
，输出占空比
为：
，R1’为第一电阻R1的阻值、R3’为第
三电阻R3的阻值， 第二电阻R2为阻值连续可调的电位器, R2’为第二电阻R2的阻值，C1’为
第一电容的电容值；通过调节第二电阻R2的阻值便可连续的调节周期性矩形脉冲的周期和
频率；通过控制第二电阻R2和第一电阻R1的比值调整驱动信号电路所输出矩形脉冲的占空
比，多谐振荡器的输出信号一分为二作为源信号输入驱动电路。
所述驱动电路包括反相驱动器和同相驱动器；所述定时器优选为NE555定时器，所述驱动电路优选为TC4428MOSFET驱动电路，TC4428MOSFET驱动器包含一个反相驱动器和一个同相驱动器，将两路同相源信号转换为两路反相输出信号；多谐振荡器和驱动电路输出信号波形图如图4所示，信号555OUT与信号4428OUT1反相，信号555OUT与信号4428OUT2同相，信号555OUT为多谐振荡器输出信号，信号4428OUT1和信号4428OUT2为驱动电路输出信号。
所述第一电阻R1、第三电阻R3均为定值电阻，所述第二电阻R2为阻值连续可调的电位器。
所述驱动信号电路产生高频周期性矩形脉冲，输出两路相位相反的矩形脉冲作为驱动信号，独立控制双路E类逆变电路中两个电力场效应管的通断。
所述E类逆变电路为双路E类逆变电路，双路E类逆变电路包括两个电力场效应管，进行功率放大；第一LC谐振电路包括发射线圈LT、串联电容CT1、第一并联电容CT2、第二并联电容CT3；所述无线供电发射装置中双路E类逆变电路、第一LC谐振电路的示意图如附图5所示；附图5中DC为电路中的直流供电，L1是第一扼流线圈、L2是第二扼流线圈，Q1是第一电力场效应管，Q2是第二电力场效应管，CQ1是串联于第一电力场效应管栅极的电容，CQ2是串联于第二电力场效应管栅极的电容，RQ1是串联于第一电力场效应管栅极的定值电阻，RQ2是串联于第二电力场效应管栅极的定值电阻，串联于第一电力场效应管栅极的电容CQ1与串联于第一电力场效应管栅极的定值电阻RQ1并联，串联于第二电力场效应管栅极的电容CQ2与串联于第二电力场效应管栅极的定值电阻RQ2并联，R代表电路中的阻性负载，发射线圈LT、串联电容CT1、第一并联电容CT2、第二并联电容CT3构成无线供电系统发射装置中第一LC谐振电路；所述E类逆变电路采用双路E类逆变电路，具体采用了第一电力场效应管Q1和第二电力场效应管Q2，增加了晶体管的数量，减小了开关管两端的电压应力，解决了单个E类逆变电路输出功率的限制；可进一步通过优选相应电感和相应电容的参数，谐振后的电路只存在阻性负载，极大的降低了功率损耗，提高了输出效率。
所述锁频电路利用频率跟踪技术，同步工作频率与谐振频率，使系统保持谐振状态，提高传输效率；功率放大的交流信号经第一LC谐振电路和发射线圈将能量由无线供电发射装置传递到无线供电接收装置，实现功率的无线传输；所述锁频电路使振荡电路锁定在谐振频率，防止来自外界因素的干扰导致系统失谐，提高传输效率。
所述稳压电路为滤波稳压电路。
无线供电接收装置工作时，配合第一LC谐振电路、第二LC谐振电路，第一LC谐振电路中的发射线圈与第二LC谐振电路中的接收线圈发生强磁耦合，将能量传递到无线供电接收装置，接收到的交流频率与发射频率一致。
所述发射线圈与接收线圈均采用多股相互绝缘的单线绞合而成的利兹线，能够有效的减少趋肤效应带来的高频损耗，线圈形状尺寸大小可根据所需供电器件的尺寸可调；发射线圈与接受线圈可绕制成矩形，圆形，椭圆形等任意所需形状。
本发明采用双路E类逆变电路属于开关型功率放大器，理想状态下的电压和电流不会重叠出现，理论工作效率可达100%。
所述无线供电接收装置的主电路图如图6所示，接收线圈LR、第二串联电容CR1、第三并联电容CR2构成无线供电系统接收装置中的第二LC谐振电路；第二LC谐振电路接收无线供电发射装置传递的能量，输出交流电压到整流电路中；所述整流电路的优选采用全桥整流的方法，D1、D2、D3、D4为4个整流二极管，利用整流二极管正向偏置导通，反向偏置截至的特性，将交流电转换为直流电；整流后的电压为脉动直流电，适用于蓄电池充电等对波形要求较低的场合，而对于大多数中小功率的电子器件，则要求波形较为平滑且幅值稳定的直流电，本发明的稳压电路优选为滤波稳压电路，滤波稳压电路采用并联的极性电容和反向偏置的稳压二极管，减小电压中的交流分量，输出平滑稳定的直流电压，C2为极性电容，D5为反向偏置的稳压二极管，通常情况下，所述滤波稳压电路还可根据事实情况与外加电感或电阻并用，达到有效的滤波稳压效果。
本发明的无线供电接收装置采用整流电路将交流电转换为直流电，后接稳压电路，减小电压中的交流分量，输出平滑稳定的直流电压，稳压电路的输出端与AI控流电路连接，在对手机、笔记本电脑等多种规格蓄电池充电时，依据所剩电量，分别采用快速充电、连续充电和涓流充电三种模式，逐渐减小充电电流，延长电池使用寿命。
本发明是一种适用于中小功率器件的基于磁共振模式的无线能量超距传输系统，能够实现传输距离优于2 m、传输效率大于85%的无线能量超距传输，在有效充电范围内，可以同时对多个电子器件进行无线供电或充电，且随着无线供电接收装置的横向移动，传输功率和效率保持稳定，能够满足如台灯、手机、小型风扇、加湿器、鼠标、笔记本电脑等中小功率电子消费品的无线能量超距传输，传输距离优于2m；本发明基于磁共振耦合原理，实现了对中小功率器件的无线能量超距传输，传输距离优于2m，安全稳定，空间自由度高，方向可调，功率损耗小；进一步通过AI智能化调节电流大小，可同时对多个电子器件进行无线供电或充电；本发明系统使用的频率符合《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定（征求意见稿）》中移动和便携式无线充电设备的三个频段：100 -148.5 kHz，6765-6795 kHz和13553-13567 kHz频段，驱动频率与系统谐振频率均连续可调，本发明能够实现在额定传输功率低于100 W的情况下，传输距离仍然能达到2m以上。
实施例1
以下将结合附图来阐述本发明的示例性实施方式，值得注意的是，附图和描述中的实施方式仅仅为本发明中的一部分实施例，不代表全部的实施例，所描述的实施例是对本发明原理的解释和说明，而并不限制本发明的范围，基于本发明的各项实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例涉及了一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，传输原理如图1所示；基于磁共振模式无线能量超距传输系统由无线供电发射装置和无线供电接收装置构成；无线供电发射装置包括：电源、AC转DC模块、驱动信号电路、锁频电路、双路E类逆变电路、第一LC谐振电路、发射线圈；无线供电接收装置包括：接收线圈、第二LC谐振电路、整流电路、滤波稳压电路、AI自检控流电路。
电源使用220V，50Hz的国标民用电源，经AC转DC模块，将交流电转化为直流电；AC转DC模块可根据需求，后接升压模块，以获取所需电压。
驱动信号电路由NE555定时器构成多谐振荡器和TC4428MOSFET驱动电路构成如图
2、图3所示；图2所示为NE555定时器构成的多谐振荡器，输入电压VCC，第一电阻R1、第三电
阻R3为定值电阻，第一电阻R1的阻值为R1’、第三电阻R3的阻值为R3’， 第二电阻R2为阻值
连续可调的电位器, 第二电阻R2的阻值为R2’，C1为第一电容，第一电容的电容值为C1’；
NE555定时器内部包括若干分压器（等值电阻串联组成）、比较器、放电三极管、触发器，在接
通电源后，电流经过第一电阻R1和第二电阻R2对第一电容C1进行充电，由于第一电容C1电
容两端的电压不能突变，因此初始时高低触发端电压为0，低于2/3VCC，此时输出电压为高
电平，定时器内部放电三极管截止，第一电容C1充电；当第一电容C1两端电压大于2/3VCC
时，触发器恢复至低电位，此时输出电压为低电平，三极管导通，第一电容C1开始放电；直到
C1电容两端电压低于1/3VCC时，定时器输出高电平，电容C1再次充电，重复上述过程；NE555
定时器构成多谐振荡器的工作波形为周期性矩形脉冲，充电时间
， 放电时间
， 周期性矩形脉
冲的周期
，输出占空比为：
；本实施例中，第二电阻R2为电阻连续可
调的电位器，通过调节第二电阻R2的阻值便可连续的调节矩形脉冲的周期和频率；通过控
制第二电阻R2和第一电阻R1的比值，能够优选电路输出矩形脉冲的占空比；NE555定时器构
成多谐振荡器的输出信号一分为二作为源信号输入TC4428MOSFET驱动电路如图3所示；
TC4428MOSFET驱动器包含一个反相驱动器和一个同相驱动器，将两路同相源信号转换为两
路反相输出信号，分别控制E类放大电路中的两个电力场效应管交替通断，NE555定时器构
成多谐振荡器和TC4428MOSFET驱动电路输出信号波形图如图4所示，信号555OUT与
4428OUT1反相，与4428OUT2同相。
图5所示为本实施例的无线供电系统发射装置中双路E类逆变电路和第一LC谐振
电路示意图；DC为电路中的直流供电，L1是第一扼流线圈、L2是第二扼流线圈，第一扼流线
圈和第二扼流线圈与直流电源DC相连，Q1是第一电力场效应管，Q2是第二电力场效应管，
CQ1是串联于第一电力场效应管栅极的电容，CQ2是串联于第二电力场效应管栅极的电容，
RQ1是串联于第一电力场效应管栅极的定值电阻，RQ2是串联于第二电力场效应管栅极的定
值电阻，串联于第一电力场效应管栅极的电容CQ1与串联于第一电力场效应管栅极的定值
电阻RQ1并联，串联于第二电力场效应管栅极的电容CQ2与串联于第二电力场效应管栅极的
定值电阻RQ2并联，R代表电路中的阻性负载，发射线圈LT电感值为
、串联电容CT1电容值
为
、第一并联电容CT2电容值为
、以及第二并联电容CT3电容值为
构成无线供
电系统发射装置中第一LC谐振电路；TC4428MOSFET驱动电路输出的两路反相信号分别控制
E类逆变电路中的第一电力场效应管Q1、第二电力场效应管Q2交替通断，当第一电力场效应
管Q1导通第二电力场效应管Q2断开时，通过第一扼流线圈L1和第二扼流线圈L2的电流流经
第一电力场效应管Q1，发射线圈LT与串联电容CT1和第二并联电容CT3构成谐振回路，此时
的谐振频率由串联电容CT1、并联电容CT3和发射线圈LT所决定，谐振频率
；
当第一电力场效应管Q1断开第二电力场效应管Q2导通时，通过第一扼流线圈L1和第二扼流
线圈L2的电流流经第二电力场效应管Q2，发射线圈LT与串联电容CT1和并联电容CT2构成谐
振回路，此时的谐振频率由串联电容CT1、并联电容CT2和发射线圈LT所决定，谐振频率
。
本实施例采用双路E类逆变电路，减小了开关管两端的电压应力，解决了单个E类逆变电路输出功率的限制，理想状态下开关器件的电压和电流不会重叠出现，理论工作效率可达100%；系统中的锁频电路，利用频率跟踪技术，同步工作频率与谐振频率，使系统保持谐振状态，提高传输效率；功率放大的正弦交流信号，经第一LC谐振电路中的发射线圈将能量由发射装置传递到接收装置，实现功率的无线传输。
本实施例中无线供电系统发射装置仅为示例性，包括但不仅于此。
本实施例中发射线圈与接收线圈发生强磁耦合，将能量传递到接收装置，无线供电接收装置主电路图如图6所示，包含接收线圈、第二LC谐振电路、整流电路、滤波稳压电路；接收线圈LR、第二串联电容CR1和第三并联电容CR2构成无线供电系统接收装置中第二LC谐振电路；第二LC谐振电路接收系统发射装置传递的能量，输出交流电压到整流电路中；本实施例中整流电路的一种采用全桥整流的方法，D1、D2、D3、D4为4个整流二极管，利用整流二极管正向偏置导通，反向偏置截至的特性，将交流电转换为直流电，整流后的电压为脉动直流电，适用于蓄电池充电等对波形要求较低的场合，而对于大多数中小功率的电子器件，则要求波形较为平滑且幅值稳定的直流电；本发明实施例的滤波稳压电路采用并联的电容和反向偏置的稳压二极管，减小电压中的交流分量，输出平滑稳定的直流电压；C2为极性电容，D5为反向偏置的稳压二极管；值得注意的是，本实施例中的滤波稳压电路仅为帮助理解本发明的工作原理，通常情况下，滤波稳压电路还应根据事实情况与外加电感或电阻并用，达到有效的滤波稳压效果；上述无线供电系统接收装置仅为示例性，包括但不仅于此。
本实施例的驱动频率通过改变电位器的阻值连续可调，矩形脉冲信号的占空比也可通过电位器与定值电阻的比值进行改变，无线供电系统发射装置和接收装置中的第一LC谐振电路和第二LC谐振电路，可通过优选电感和电容的参数，谐振后的电路只存在阻性负载，极大的降低功率损耗，提高输出效率。
本实施例中的发射线圈与接受线圈均采用利兹线，能够有效的减少“趋肤效应”带来的高频损耗；发射线圈与接受线圈可绕制成矩形，圆形，椭圆形等任意所需形状。
本实施例涉及的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，可以实现传输距离优于2 m、传输效率大于85%的无线能量超距传输；在有效充电范围内，可以同时对多个电子器件进行无线供电或充电，且随着接收装置的横向移动，传输功率和效率保持稳定。
Claims (10)
1.一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是包括无线供电发射装置和无线供电接收装置；所述无线供电发射装置包括AC转DC模块、驱动信号电路、E类逆变电路、第一LC谐振电路、锁频电路，AC转DC模块的输出端与驱动信号电路的输入端连接，驱动信号电路的输出端与E类逆变电路的输入端连接，E类逆变电路的输出端与第一LC谐振电路的输入端连接，第一LC谐振电路的输入输出端与锁频电路的输出输入端对接；所述无线供电接收装置包括第二LC谐振电路、整流电路、稳压电路，第二LC谐振电路的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端与稳压电路的输入端连接；第一LC谐振电路中包含有发射线圈，第二LC谐振电路中包含有接收线圈，无线供电发射装置中的发射线圈与无线供电接收装置中的接收线圈无线对接。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述无线供电发射装置与无线供电接收装置的数量比为1：N，N≥1；所述无线供电接收装置还包括AI控流电路，稳压电路的输出端与AI控流电路的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述驱动信号电路包括多谐振荡器和驱动电路；所述多谐振荡器包括定时器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1，所述多谐振荡器的工作波形为周期性矩形脉冲，充电时间
，放电时间
， 周期性矩形脉冲的周期
，输出占空比为：
，R1’为第一电阻R1的阻值、R3’为第三电阻R3的阻值，R2’为第二电阻R2的阻值，C1’为第一电容的电容值；通过调节第二电阻R2的阻值能够连续的调节周期性矩形脉冲的周期和频率；通过控制第二电阻R2和第一电阻R1的比值调整驱动信号电路所输出矩形脉冲的占空比，多谐振荡器的输出信号一分为二作为源信号输入驱动电路。
4.根据权利要求3所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述驱动电路包括反相驱动器和同相驱动器；所述驱动电路将两路同相源信号转换为两路反相输出信号。
5.根据权利要求3所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述第一电阻R1、第三电阻R3均为定值电阻，所述第二电阻R2为阻值连续可调的电位器。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述E类逆变电路为双路E类逆变电路，双路E类逆变电路包括第一电力场效应管Q1和第二电力场效应管Q2；第一LC谐振电路包括发射线圈LT、串联电容CT1、第一并联电容CT2、第二并联电容CT3。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述锁频电路利用频率跟踪技术，同步工作频率与谐振频率，使系统保持谐振状态，提高传输效率；功率放大的交流信号经第一LC谐振电路和发射线圈将能量由无线供电发射装置传递到无线供电接收装置，实现功率的无线传输；所述锁频电路使振荡电路锁定在谐振频率，防止来自外界因素的干扰导致系统失谐，提高传输效率。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述稳压电路为滤波稳压电路；所述发射线圈与接收线圈均采用多股相互绝缘的单线绞合而成的利兹线。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述无线供电接收装置中接收线圈LR、第二串联电容CR1、第三并联电容CR2构成无线供电系统接收装置中的第二LC谐振电路；第二LC谐振电路接收无线供电发射装置传递的能量，输出交流电压到整流电路中；所述整流电路采用全桥整流的方法，D1、D2、D3、D4为4个整流二极管，利用整流二极管正向偏置导通，反向偏置截至的特性，将交流电转换为直流电。
10.根据权利要求6所述的一种基于磁共振模式的中小功率无线能量超距传输系统，其特征是所述驱动信号电路中的驱动电路输出的两路反相信号分别控制E类逆变电路中的第一电力场效应管Q1、第二电力场效应管Q2交替通断，当第一电力场效应管Q1导通第二电力场效应管Q2断开时，通过扼流线圈的电流流经第一电力场效应管Q1，发射线圈LT与串联电容CT1和第二并联电容CT3构成谐振回路，此时的谐振频率由串联电容CT1、并联电容CT3和发射线圈LT所决定，谐振频率
；当第一电力场效应管Q1断开第二电力场效应管Q2导通时，通过扼流线圈的电流流经第二电力场效应管Q2，发射线圈LT与串联电容CT1和并联电容CT2构成谐振回路，此时的谐振频率由串联电容CT1、并联电容CT2和发射线圈LT所决定，谐振频率
。
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2021
- 2021-09-23 CN CN202111115982.5A patent/CN113872342B/zh active Active
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