CN203434754U - 一种具有pfc的谐振式无线电能传输发射装置 - Google Patents

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黄润鸿
黄子田
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Abstract

本实用新型公开了一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，包括一个单相PFC环节、一个DC-AC变换器环节和输出谐振网络，所述DC-AC变换器环节并联在PFC环节和输出谐振网络之间。本实用新型单相PFC环节和DC-AC变换器环节共同构成了AC-DC-AC变换器，单相PFC环节具有功率因数校正的功能，减小了对电网造成的污染。

Description

一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置
技术领域
本实用新型涉及无线电能传输技术的应用领域，特别涉及一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置。
背景技术
20世纪60年代磁感应式电能传输在医疗设备得到了尝试，20世纪70年代的时候出现旋转变压器的概念，20世纪80年代感应式电能传输在电动汽车的无线充电方面得到了很好的理论探索和实践，20世纪90年代，新西兰奥克兰大学的学者丰富和完善了ICPT（inductive coupled power transfer，ICPT）技术的概念，即感应耦合电能传输。2005年，香港城市大学的研究团队研制成功通用型非接触充电平台，对无线电能传输的发展具有重要意义。2006年，麻省理工学院（MIT）的研究人员利用物理的共振技术成功的在2m距离左右以40%的效率点亮了一个60W的灯泡，该实验成为了无线电能传输技术的又一个新突破，并且掀起了全世界无线电能传输研究的热潮。
作为无线电能传输的发射装置，特别是作为高频的谐振式无线电能传输的发射装置，国内外已经有了比较深入的研究。作为传统的功率放大电路，如A类、B类、C类功率放大电路，其技术已经相当成熟，但这些功率放大电路普遍存在效率不高的问题。开关型的D类、E类、DE类功率放大电路克服了传统型功率放大电路的缺点，使开关管工作在开关状态，提高了功率放大电路的转换效率。
但是目前作为无线电能传输装置的功率放大电路并没有考虑到电源输入的功率因数问题，容易对电网造成污染，并且发射装置输入与直流电源没有隔离，功率放大电路的直流输入电压必须由另外的直流电源提供，因此增加了无线电能传输发射装置的体积，并且成本也比较高。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术存在的缺点与不足，提供一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置。
本实用新型将有源功率因数校正环节和带隔离的DC-AC变换器环节集成，从而构成新的AC-DC-AC变换器，具有功率因数校正的同时实现了作为谐振式无线电能传输发射装置。
本实用新型采用如下技术方案：
一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，包括一个单相PFC环节、一个DC-AC变换器环节和输出谐振网络，所述DC-AC变换器环节并联在单相PFC环节和输出谐振网络之间。
所述单相PFC环节由整流桥、输入电感L1、第一MOS管S1、二极管D5和输出滤波电容Co构成；
所述DC-AC变换器环节由高频变压器T和第二MOS管S2构成；
所述输出谐振网络由谐振电感L2、谐振电容C2和等效负载R构成。
所述输入电感L1的一端与整流桥的共阴极连接，输入电感L1的另一端分别与第一MOS管S1的漏极和二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极分别与输出滤波电容Co的一端、高频变压器T原边的一端连接，所述高频变压器T原边的另一端与第二MOS管S2的漏极连接，所述输出滤波电容Co的另一端分别与第二MOS管S2的源级、第一MOS管S1的源级、整流桥的共阳极连接；所述高频变压器T的副边依次与谐振电感L2、谐振电容C2及等效负载R连接构成回路。
所述二极管D5是整流二极管。
所述输出谐振网络由谐振线圈构成，谐振线圈等效为谐振电感L2、谐振电容C2和线圈内阻。
所述谐振线圈为空间螺旋结构或平面螺旋结构。
所述谐振电容C2是谐振线圈的杂散电容或外加的补偿电容，所述谐振电感是谐振线圈的等效电感。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
本实用新型单相PFC环节和DC-AC变换器环节共同构成了AC-DC-AC变换器。单相PFC环节具有功率因数校正的功能，减小了对电网造成的污染；
DC-AC变换器采用高频变压器实现原边与副边的隔离，能够在很宽的范围内的对输出电压进行调节，并且转换效率高；
本实用新型的电路结构简单，功率器件少，控制电路简单，效率高。
附图说明
图1为一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置的结构示意图；
图2为图1中的PFC环节基于L6562的Boost变换器的实现电路图；
图3为图2中的输出电压波形图；
图4为图2中的输入电流波形；
图5为图1中输出谐振网络等效负载上的电压波形；
图6为图1中谐振线圈为空间螺旋结构的示意图；
图7为图1中谐振线圈为平面螺旋结构的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示：一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，包括一个单相PFC环节、一个DC-AC变换器环节和输出谐振网络，所述DC-AC变换器环节并联在PFC环节和输出谐振网络之间。
所述单相PFC环节由整流桥、输入电感L1、第一MOS管S1、二极管D5和输出滤波电容Co构成，实现输入功率因数的校正；
所述DC-AC变换器环节由高频变压器T和第二MOS管S2构成，实现直流到交流的交换；
所述输出谐振网络由谐振电感L2、谐振电容C2和等效负载R构成。
所述等效负载R为无线电能传输接收端反射到发射端的负载。
所述单相PFC环节中的整流桥由四个二极管构成，上述发射装置具体连接为：所述输入电感L1的一端与整流桥的共阴极连接，输入电感L1的另一端分别与第一MOS管S1的漏极和二极管D5的阳极连接，所述二极管D5的阴极分别与输出滤波电容Co的一端、高频变压器T的原边的一端连接，所述高频变压器T原边的另一端与第二MOS管S2的漏极连接，所述输出滤波电容Co的另一端分别与第二MOS管S2的源级、第一MOS管S1的源级、整流桥的共阳极连接；所述高频变压器T的副边依次与谐振电感L2、谐振电容C2及等效负载R连接构成回路。
所述二极管D5是整流二极管。
所述输出谐振网络由谐振线圈构成，所述谐振电容C2为谐振线圈的杂散电容或外加的补偿电容，所述谐振电感L2是谐振线圈的等效电感。
如图2所示，电路工作原理：当第一MOS管S1开通时，输入电压加在电感L1上，副边绕组的电位为-Vin/N（N为原副边变比）；第一MOS管S1关断时，电感的电压为Vo-Vin，副边绕组的电位为Vo-Vin/N；当电感电流断续时，电感的电压为零，副边绕组的电位也为零。L6562利用电感断续时，副边绕组的电位为零的特点，当第一MOS管S1处于关断状态时，检测副边绕组的电位，当副边绕组的电位小于2.1V时，就开通第一MOS管S1。L6562的3脚得到的整流桥输出电压的采样信号与输出电压的误差放大信号相乘后作为开关管关断信号的基准，当R6的电位达到这个基准时，关断第一MOS管S1，就可得到电感电流临界连续的工作模式。
图2中所示电路的输入电压：Vin=220VAC，输出电压：Vo=400VDC。
如图3所示为PFC环节基于L6562的Boost变换器的实现电路图中的PFC环节输出直流电压，平均值为400V与设计的值相符合，图4为图2电路中的输入电流波形图，由图可知输入电流为比较标准的正弦波形，满足功率因数校正的要求。
如图5所示为DC-AC变换器的输出电压波形，即为输出谐振网络等效负载R两端的电压波形。由图可见，输出电压波形为标准的正弦波，畸变度很小，可以满足作为谐振式无线电能传输发射装置的功率放大电路。
如图6所示的谐振线圈为空间螺旋结构。如图7所示的线圈为平面螺旋结构，具有体积小、容易集成、工艺上制作简单等优点。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，其特征在于，包括一个单相PFC环节、一个DC-AC变换器环节和输出谐振网络，所述DC-AC变换器环节并联在单相PFC环节和输出谐振网络之间； 
所述单相PFC环节由整流桥、输入电感（L1）、第一MOS管（S1）、二极管（D5）和输出滤波电容（Co）构成； 
所述DC-AC变换器环节由高频变压器（T）和第二MOS管（S2）构成； 
所述输出谐振网络由谐振电感（L2）、谐振电容（C2）和等效负载（R）构成。 
2.根据权利要求1所述的一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，其特征在于，所述输入电感（L1）的一端与整流桥的共阴极连接，输入电感（L1）的另一端分别与第一MOS管（S1）的漏极和二极管（D5）的阳极连接，所述二极管（D5）的阴极分别与输出滤波电容（Co）的一端、高频变压器（T）原边的一端连接，所述高频变压器（T）原边的另一端与第二MOS管（S2）的漏极连接，所述输出滤波电容（Co）的另一端分别与第二MOS管（S2）的源级、第一MOS管（S1）的源级、整流桥的共阳极连接；所述高频变压器（T）的副边依次与谐振电感（L2）、谐振电容（C2）及等效负载（R）连接构成回路。 
3.根据权利要求2所述的一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，其特征在于，所述二极管（D5）是整流二极管。 
4.根据权利要求1所述的一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，其特征在于，所述输出谐振网络由谐振线圈构成。 
5.根据权利要求4所述的一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，其特征在于，所述谐振线圈为空间螺旋结构或平面螺旋结构。 
6.根据权利要求2所述的一种具有PFC的谐振式无线电能传输发射装置，其特征在于，所述谐振电容（C2）为谐振线圈的杂散电容或外加的补偿电容，所述谐振电感（L2）是谐振线圈的等效电感。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI580150B (zh) * 2015-05-15 2017-04-21 立錡科技股份有限公司 諧振式無線電源接收電路及其控制電路與無線電源轉換方法

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