CN204597641U - 一种无线电能发射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线电能发射装置，包括一具有PWM模块且能够通过改变PWM模块的通道周期寄存器和通道占空比寄存器中的值以改变输出信号频率与谐振电路的谐振频率保持一致的单片机，与单片机的信号输出端相连接的半桥驱动芯片，与半桥驱动芯片的供电端子相连接的直流电源，与直流电源和半桥驱动芯片相连接的半桥电路，连接于半桥电路两端的、由谐振线圈和谐振电容串联组成的谐振电路。该无线电能发射装置结构简单且方便实现信号频率和谐振频率保持一致。

Description

一种无线电能发射装置

技术领域

本实用新型涉及一种无线电能传输装置，具体涉及一种无线电能发射装置。

背景技术

无线电能传输技术受到越来越广泛的关注，自从美国麻省理工学院发表其研究成果后，磁耦合谐振式无线电能传输技术就成为了研究热点。无线电能传输能将电源的电能转变为无线传播的能量，在接收端又将接收到的能量转换为电能供给负载使用。在磁耦合谐振式无线电能传输系统主要包括发射模块和接收模块。现有的发射模块中多采用固定的信号频率，通过改变回路中的电容以保证发射线圈的谐振频率和信号频率保持一致，从而使得LC回路发生谐振。如申请公布号为CN103219807A(申请号为201310142648.8)的中国发明专利申请中公开的一种自适应无线电能传输装置，其中发射LC谐振子中包含有谐振频率微调电容，通过调节谐振频率微调电容实现对谐振频率的调整。选用可调电容其电容值的调节精准度较差，如果选用不同电容值的电容则需要对电容进行更换，操作相对复杂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种结构简单、方便实现信号频率和谐振频率保持一致的无线电能发射装置。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种无线电能发射装置，其特征在于：包括一具有PWM模块的单片机，与所述单片机的信号输出端相连接的半桥驱动芯片，与所述半桥驱动芯片的供电端子相连接的直流电源，与所述直流电源和半桥驱动芯片相连接的半桥电路，连接于所述半桥电路两端的、由谐振线圈和谐振电容串联组成的谐振电路；

所述单片机能够通过改变PWM模块内通道周期寄存器和通道占空比寄存器中的值以改变输出信号频率与谐振电路的谐振频率保持一致；

所述直流电源通过一高速开关二极管连接于所述半桥驱动芯片的供电端子。

优选地，所述直流电源的输出端还连接有滤波稳压电路，所述滤波稳压电路包括并联连接于所述直流电源上第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容的另一端接地。

具体地，所述单片机为型号为MC9S12XS128，所述单片机的供电端连接一供电电源，所述单片机的复位端还连接一复位开关；

所述半桥驱动芯片的型号为L6384D，所述半桥驱动芯片的第一管脚连接单片机的信号输出端，所述半桥驱动芯片的第三管脚通过第一电阻接地，所述半桥驱动芯片的第四管脚直接接地，所述半桥驱动芯片的第六管脚连接在所述谐振线圈的第一端，所述谐振线圈的第二端连接所述谐振电容的第一端，所述半桥驱动芯片的第八管脚通过并联连接的第四电容和第五电容连接于谐振线圈的第一端；

所述半桥电路包括有第一半桥功率管和第二半桥功率管；

所述第一半桥功率管的栅极通过第二电阻连接于所述半桥驱动芯片的第七管脚，所述第一半桥功率管的漏极连接于滤波稳压电路的输出端，所述第一半桥功率管的源极连接于谐振线圈的第一端，所述第一半桥功率管的栅极和源极之间还连接有第四电阻；

所述第二半桥功率管的栅极通过第三电阻连接于所述半桥驱动芯片的第五管脚，所述第二半桥功率管的漏极连接于谐振线圈的第一端，所述第二半桥功率管的源极连接于谐振电容的第二端，所述第二半桥功率管的栅极和源极之间还连接有第五电阻；

所述第二半桥功率管的源极和谐振电容的第二端均接地。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：该无线电能发射装置的整体结构简单，仅需要选用合适的单片机芯片和半桥驱动芯片直接使用即可，外围电路非常简单。同时该无线电能发射装置仅通过改变单片机中PWM模块的通道周期寄存器和通道占空比寄存器中的值，即可改变输出信号频率，从而使得信号频率与谐振电路的谐振频率保持一致，实现非常简单。

附图说明

图1为本实用新型实施例中无线电能发射装置的结构框图。

图2为本实用新型实施例中无线电能发射装置的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本实施例中的无线电能发射装置，包括：一具有PWM模块的单片机1，与单片机1的信号输出端相连接的半桥驱动芯片2，与半桥驱动芯片2的供电端子相连接的直流电源，与直流电源和半桥驱动芯片2相连接的半桥电路3，连接于半桥电路3两端的、由谐振线圈L和谐振电容C串联组成的谐振电路4。

本实施例中，单片机1选用型号为MC9S12XS128的单片机1，该单片机1能够通过改变PWM模块内通道周期寄存器和通道占空比寄存器中的值以改变输出信号频率与谐振电路4的谐振频率保持一致。

单片机1第五十九管脚，即单片机1的供电端连接一+5v的直流供电电源，单片机1的第三十管脚，即单片机1的复位端通过第七电阻R7连接一复位开关S，复位开关S的第一端与第七电阻R7的第二端连接，复位开关S的第二端接地，+5v的直流供电电源还通过第六电阻R6连接在第七电阻R7的第一端。单片机1的信号输出端，即单片机1的第四管脚输出方波信号，方波信号的频率根据PWM模块的设置输出。

半桥驱动芯片2选用型号为L6384D的半桥驱动芯片2，半桥驱动芯片2的第一管脚连接单片机1的信号输出端，即半桥驱动芯片2的第一管脚连接单片机1的第四管脚，从而接收自单片机1输出的方波信号。

本实施例中的直流电源选用+14.4V的直流电源，该直流电源通过一高速开关二极管D连接于半桥驱动芯片2的供电端子，即半桥驱动芯片2的第二管脚。

直流电源的输出端还连接有滤波稳压电路以保证供电的稳定性，该滤波稳压电路包括并联连接于直流电源输出端上第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2的第二端接地。而高速开关二极管D的正极连接于第一电容C1和第二电容C2的第一端，高速开关二极管D的负极连接于半桥驱动芯片2的第二管脚。该高速开关二极管D的负极还通过第三电容C3接地。

半桥驱动芯片2的第三管脚通过第一电阻R1接地，从而控制半桥电路3两路输出的死区时间。

半桥驱动芯片2的第四管脚作为接地端直接接地。

半桥驱动芯片2的第六管脚连接在谐振线圈L的第一端，谐振线圈L的第二端连接谐振电容C的第一端。 

半桥驱动芯片2的第八管脚通过并联连接的第四电容C4和第五电容C5连接于谐振线圈L的第一端。

半桥电路3则包括有第一半桥功率管Q1和第二半桥功率管Q2，本实施例中第一半桥功率管Q1和第二半桥功率管Q2均采用N沟道场效应管。

其中，第一半桥功率管Q1的栅极通过第二电阻连接于半桥驱动芯片2的第七管脚，第一半桥功率管Q1的漏极连接于滤波稳压电路的输出端，第一半桥功率管Q1的源极连接于谐振线圈L的第一端，第一半桥功率管Q1的栅极和源极之间还连接有第四电阻R4。

第二半桥功率管Q2的栅极通过第三电阻连接于半桥驱动芯片2的第五管脚，第二半桥功率管Q2的漏极连接于谐振线圈L的第一端，第二半桥功率管Q2的源极连接于谐振电容C的第二端，第二半桥功率管Q2的栅极和源极之间还连接有第五电阻R5。

第二半桥功率管Q2的源极和谐振电容C的第二端均接地。

其中第二电阻和第三电阻可以实现对自半桥驱动芯片2中输出信号的分压和输出电流的限流，而第四电阻R4和第五电阻R5作为下拉电阻使用，使得在半桥驱动芯片2 中无信号输出时，半桥驱动芯片2的第五管脚和第七管脚与地连接，电压接近零。

该无线电能发射装置在工作时，首先根据接收模块中的谐振频率，选择合适值的谐振电容C和谐振线圈L，使得发射装置的谐振频率与接收模块中的谐振频率保持一致，从而提高电能传输的品质。

当确定好谐振电容C和谐振线圈L后，按下复位开关S，对单片机1进行复位，然后通过在单片机1中设定PWM模块的参数，主要通过修改通道周期寄存器和通道占空比寄存器的值，实现单片机1输出信号频率的变化，以适应该无线电能发射装置中谐振电路4的谐振频率，使得两者频率保持一致，从而使得谐振电路4发生谐振。

根据不同的应用环境，在确定好谐振电容C和谐振线圈L后，可以利用该无线电能发射装置结构轻松的实现信号频率与谐振频率的一致。

本实施例中，考虑能量损耗、第一半桥功率管Q1和第二半桥功率管Q2的开关频率，当选用谐振线圈L的电感量为3.4μH，谐振电容C的电容值为120nF，根据计算，则谐振电路4的谐振频率为250KHz。则单片机1MC9S12XS128中的PWM模块时钟选择为Clock A，预分频因子PWMPRCLK＝0x00，总线时钟为32MHz，则通道时钟周期为0.03125us，通道周期寄存器中的值PWMPER0＝128，则PWM模块输出的信号周期为0.03125us×128＝4us，即输出信号频率为1/4us＝250KHz，与谐振电路4的谐振频率保持一致。同时，输出信号的占空比为50％，则相应的通道占空比寄存器中的值PWMDTY设置为64。

Claims (3)

1.一种无线电能发射装置，其特征在于：包括一具有PWM模块的单片机(1)，与所述单片机(1)的信号输出端相连接的半桥驱动芯片(2)，与所述半桥驱动芯片(2)的供电端子相连接的直流电源，与所述直流电源和半桥驱动芯片(2)相连接的半桥电路(3)，连接于所述半桥电路(3)两端的、由谐振线圈(L)和谐振电容(C)串联组成的谐振电路(4)；

所述单片机(1)能够通过改变PWM模块内通道周期寄存器和通道占空比寄存器中的值以改变输出信号频率与谐振电路(4)的谐振频率保持一致；

所述直流电源通过一高速开关二极管(D)连接于所述半桥驱动芯片(2)的供电端子。

2.根据权利要求1所述的无线电能发射装置，其特征在于：所述直流电源的输出端还连接有滤波稳压电路，所述滤波稳压电路包括并联连接于所述直流电源上第一电容(C1)和第二电容(C2)，所述第一电容(C1)和第二电容(C2)的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的无线电能发射装置，其特征在于：所述单片机(1)为型号为MC9S12XS128，所述单片机(1)的供电端连接一供电电源，所述单片机(1)的复位端还连接一复位开关(S)；

所述半桥驱动芯片(2)的型号为L6384D，所述半桥驱动芯片(2)的第一管脚连接单片机(1)的信号输出端，所述半桥驱动芯片(2)的第三管脚通过第一电阻(R1)接地，所述半桥驱动芯片(2)的第四管脚直接接地，所述半桥驱动芯片(2)的第六管脚连接在所述谐振线圈(L)的第一端，所述谐振线圈(L)的第二端连接所述谐振电容(C)的第一端，所述半桥驱动芯片(2)的第八管脚通过并联连接的第四电容(C4)和第五电容(C5)连接于谐振线圈(L)的第一端；

所述半桥电路(3)包括有第一半桥功率管(Q1)和第二半桥功率管(Q2)；

所述第一半桥功率管(Q1)的栅极通过第二电阻连接于所述半桥驱动芯片(2)的第七管脚，所述第一半桥功率管(Q1)的漏极连接于滤波稳压电路的输出端，所述第一半桥功率管(Q1)的源极连接于谐振线圈(L)的第一端，所述第一半桥功率管(Q1)的栅极和源极之间还连接有第四电阻(R4)；

所述第二半桥功率管(Q2)的栅极通过第三电阻连接于所述半桥驱动芯片(2)的第五管脚，所述第二半桥功率管(Q2)的漏极连接于谐振线圈(L)的第一端，所述第二半桥功率管(Q2)的源极连接于谐振电容(C)的第二端，所述第二半桥功率管(Q2)的栅极和源极之间还连接有第五电阻(R5)；

所述第二半桥功率管(Q2)的源极和谐振电容(C)的第二端均接地。