CN204858708U - 高效率无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高效率无线充电装置，其包括发射模块和接收模块，发射模块包括顺次电性连接的整流电路、DC/DC能量传输电路、高频逆变电路、第一补偿电路和发射线圈；接收模块包括顺次电性连接的接收线圈、第二补偿电路、高频整流电路和输出滤波电路；接收线圈通过电磁耦合将发射线圈发送的能量转换为电能；其中，所述DC/DC能量传输电路包括同步整流BUCK变换电路。

Description

高效率无线充电装置

技术领域

本实用新型涉及无线充电技术领域，具体是一种高传输效率的无线充电装置。

背景技术

无线充电技术是多学科的集成技术，已被美国《技术评论》杂志列为未来十大科研方向之一，是一种富有发展前景的前沿技术，具有重要的研究和实用价值。并且，无线充电技术以其优良特性已经被广泛应用于军事、航空航天、油田矿井，水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感网络、医疗器械、家用电器、射频识别RFID、个人数码消费产品等领域。

无线充电产品是采用无线充电技术实现的产品，目前国内外的无线充电产品多为针对手机终端的5W无线充电产品，其传输效率大约为75%，传输距离约5mm。其中，对于无线充电的电动汽车也是一个研究热点，陆续有科技巨头发布样机，如高通宝马合作研发的HALO系统，以及国内中兴通讯的电动公共汽车示范点，其充电距离为20cm左右，功率达到kW级别。但是考虑技术仍不成熟，成本太高以及效率太低等问题，真正将无线充电技术应用到实践中来的案例是少之又少。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出改进的高效率无线充电装置，根据技术研究经验和国际发展动态，对现有的无线电能传输方案进行改进，实现一种远距离、高效率的无线充电方案，可实现25W-100W功率传输，大于100mm传输距离，大于80%传输效率，以解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种高效率无线充电装置，包括发射模块和接收模块，发射模块包括顺次电性连接的整流电路、DC/DC能量传输电路、高频逆变电路、第一补偿电路和发射线圈；接收模块包括顺次电性连接的接收线圈、第二补偿电路、高频整流电路和输出滤波电路；接收线圈通过电磁耦合将发射线圈发送的能量转换为电能；其中，所述DC/DC能量传输电路包括同步整流BUCK变换电路。同步整流BUCK变换电路根据电路的电压改变整个电路的输出频率，从而来控制系统能量的传输。目前市面上的产品虽然从电路上也有电压变换单元，但是其输出的电压是固定不变的，系统采用改变逆变单元的频率来控制能量的传输，但是当负载、距离、线圈对准状况发生改变时，系统传输功率和效率会急剧下降。本实用新型加入新的DC/DC能量传输电路后，可以改变这一状况，从而实现系统“一对多”和远距离的充电方式。

进一步的，为了提高能量传输效率，除了同步整流BUCK变换电路，所述DC/DC能量传输电路还包括采样电路、保持电路、振荡电路、以及占空比信号产生电路，所述采样电路的输入端接于整流电路的输出端，采样电路的输出端接于保持电路的输入端，保持电路的输出端和振荡电路的输出端接于占空比信号产生电路的输入端，占空比信号产生电路的输出端接于同步整流BUCK变换电路的输入端，同步整流BUCK变换电路的输出端接于高频逆变电路的输入端。DC/DC能量传输电路中，采样电路检测整流电路输出的电流的波形，输出给保持电路，保持电路保持（在一个周期的初始瞬间保持）采样电路采集到的电流波形，振荡电路产生交变电流，占空比信号产生电路根据交变电流产生占空比信号，并比对保持电路保持的电流波形信号，将输出结果发送至同步整流BUCK变换电路，同步整流BUCK变换电路根据输出结果改变整个电路的输出频率，从而来控制系统能量的传输。

作为一个具体的实例，所述同步整流BUCK变换电路包括场效应管Q1、电感L1、电容C1、电容C2和二极管D1，场效应管Q1的漏极接于电容C1的一端，场效应管Q1的源级接于电感L1的一端和稳压二极管D1的负极，场效应管Q1的栅极接于驱动控制电路；稳压二极管D1的正极与电容C1的另一端和电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接电感L1的另一端以及高频逆变电路。

作为一个更进一步的实例，所述同步整流BUCK变换电路采用两相同步BUCK电路实现，具体的，其包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电感L1、电感L2、电感L3和电容C2，场效应管Q1的漏极连接场效应管Q2的漏极、场效应管Q3的源级、场效应管Q4的源级、电容C2的一端以及电感L3的一端；场效应管Q1的源级连接电感L1的一端和场效应管Q3的漏极，电感L1的另一端连接电感L3的另一端、电容C2的另一端以及电感L2的一端，电感L2的另一端连接场效应管Q2的源级和场效应管Q4的漏极。

为了进一步提高传输效率，所述发射模块还包括驱动控制电路、电量采集电路、反馈电路，DC/DC能量传输电路的输出端接于电量采集电路的输入端和高频逆变电路的输入端，电量采集电路的输出端接于反馈电路的输入端，反馈电路的输出端接于驱动控制电路的输入端，驱动控制电路的输出端接于高频逆变电路的输入端和DC/DC能量传输电路的输入端。

作为一个进一步的方案，所述接收模块还包括第二电量采集电路、第二反馈电路和第二驱动控制电路，第二电量采集电路的输入端接于输出滤波电路的输出端，第二电量采集电路的输出端接于第二反馈电路的输入端，第二反馈电路的输出端接于第二驱动控制电路的输入端，第二驱动控制电路的输出端接于高频整流电路的输入端。上述模块设置，使得接收模块最大限度的将接收到的能量转换为有用的电能以给待充电设备进行充电。

作为一个具体的方案，第一补偿电路和/或第二补偿电路采用电容实现。

本实用新型采用上述方案，实现一种高效率无线充电装置，首先来自于电网的工频交流电经过整流和逆变被转化为高频交流电，电流通过第一补偿电路到达发射线圈并在线圈中产生高频电磁场，通过发射线圈将能量发送出去；接收线圈与发射线圈电磁耦合，将从发射线圈获得的能量转换为电能，并通过第二补偿电路、高频整流电路以及输出滤波电路的整流滤波后，转化为适合于待充电设备的充电信号后，输出给待充电设备。另外，电量采集电路采集DC/DC能量传输电路输出的电压，通过反馈电路发送至驱动控制电路，驱动控制电路根据反馈的电压进行调整，控制DC/DC能量传输电路和高频逆变电路的频率，以达到控制能量传输的目的，从而提高了系统功率和效率。

本实用新型通过上述方案，与现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型中，通过加入独特设计的DC/DC能量传输电路后，可以改变现有技术中系统传输功率和效率会根据负载、距离、线圈对准状况发生改变时而急剧下降的现象，真正实现系统“一对多”和远距离的充电方式；

2、本实用新型通过反馈电路以及驱动控制电路的设置，控制整个发射模块的能量输出，使其实现效率最大化，从而增大了系统功率和效率；

3、本实用新型不仅能够实现远距离、大功率、高效率的优点，同时还具有结构简单易于产业化生产的优点，具有很好的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例2的结构示意图；

图3为实施例2的同步整流BUCK变换电路的电路原理图；

图4为本实用新型的实施例3的结构示意图；

图5为实施例3的同步整流BUCK变换电路的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型的一种高效率无线充电装置，包括发射模块和接收模块，发射模块包括顺次电性连接的整流电路、DC/DC能量传输电路、高频逆变电路、第一补偿电路和发射线圈；接收模块包括顺次电性连接的接收线圈、第二补偿电路、高频整流电路和输出滤波电路；接收线圈通过电磁耦合将发射线圈发送的能量转换为电能；其中，所述DC/DC能量传输电路包括同步整流BUCK变换电路。

实施例1

参见图1，本实施例中，DC/DC能量传输电路包括采样电路、保持电路、振荡电路、占空比信号产生电路以及同步整流BUCK变换电路，采样电路的输入端接于整流电路的输出端，采样电路的输出端接于保持电路的输入端，保持电路的输出端和振荡电路的输出端接于占空比信号产生电路的输入端，占空比信号产生电路的输出端接于同步整流BUCK变换电路的输入端，同步整流BUCK变换电路的输出端接于高频逆变电路的输入端。DC/DC能量传输电路中，采样电路检测整流电路输出的电流的波形，输出给保持电路，保持电路保持（在一个周期的初始瞬间保持）采样电路采集到的电流波形，振荡电路产生交变电流，占空比信号产生电路根据交变电流产生占空比信号，并比对保持电路保持的电流波形信号，将输出结果发送至同步整流BUCK变换电路，同步整流BUCK变换电路根据输出结果改变整个电路的输出频率，从而来控制系统能量的传输

实施例2

参见图2，本实施例中，一种高效率无线充电装置，包括发射模块和接收模块，其中的发射模块包括整流电路、DC/DC能量传输电路、高频逆变电路、驱动控制电路、电量采集电路、反馈电路、第一补偿电路和发射线圈，整流电路的输入端接于电源，整流电路的输出端接于DC/DC能量传输电路的输入端，DC/DC能量传输电路的输出端接于电量采集电路的输入端和高频逆变电路的输入端，电量采集电路的输出端接于反馈电路的输入端，反馈电路的输出端接于驱动控制电路的输入端，驱动控制电路的输出端接于高频逆变电路的输入端和DC/DC能量传输电路的输入端；接收模块包括顺次电性连接的输出滤波电路、高频整流电路、第二补偿电路和接收线圈。

本实施例中，DC/DC能量传输电路与实施例1相同，同样包括采样电路、保持电路、振荡电路、占空比信号产生电路以及同步整流BUCK变换电路。参见图3，同步整流BUCK变换电路包括场效应管Q1、电感L1、电容C1、电容C2和二极管D1，场效应管Q1的漏极接于电容C1的一端，场效应管Q1的源级接于电感L1的一端和稳压二极管D1的负极，场效应管Q1的栅极接于驱动控制电路；稳压二极管D1的正极与电容C1的另一端和电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接电感L1的另一端以及高频逆变电路。

上述方案的电路原理是：首先来自于电网的工频交流电经过整流和逆变被转化为高频交流电，电流通过第一补偿电路到达发射线圈并在线圈中产生高频电磁场，通过发射线圈（多个感应线圈）将能量发送出去；接收线圈，其包括一个感应线圈，与发射线圈电磁耦合，将从发射线圈获得的能量转换为电能，并通过第二补偿电路、高频整流电路以及输出滤波电路的整流滤波后，转化为适合于待充电设备的充电信号后，输出给待充电设备。另外，电量采集电路采集DC/DC能量传输电路输出的电压，通过反馈电路发送至驱动控制电路，驱动控制电路根据反馈的电压进行调整，控制DC/DC能量传输电路和高频逆变电路的频率，以达到控制能量传输的目的，从而提高了系统功率和效率。

本实用新型根据现有的技术进行改进，加入了补偿电路，使传输效率大大提高，因此比其它方案更易于产品化；加入了反馈电路，使得驱动控制电路根据DC/DC能量传输电路输出的电压改变高频逆变电路的输出频率以及DC/DC能量传输电路的输出电压，从而最大提高了系统的效率和系统功率。

实施例3

参见图4，本实施例中，接收模块还包括第二电量采集电路、第二反馈电路和第二驱动控制电路，第二电量采集电路的输入端接于输出滤波电路的输出端，第二电量采集电路的输出端接于第二反馈电路的输入端，第二反馈电路的输出端接于第二驱动控制电路的输入端，第二驱动控制电路的输出端接于高频整流电路的输入端。

通过设置第二电量采集电路，采集输出滤波电路的电量信号，并将该电量信号发送至第二反馈电路，第二反馈电路将电流信号转换为数字信号发送至第二驱动控制电路，第二驱动控制电路根据其预设的阈值判断是否满足高效率，并根据判断结果来调整高频整流电路的输出频率。通过上述电路，进一步提高了系统的接收效率，并真正实现远距离、大功率、高效率的优点。

参见图5，本实施例中，同步整流BUCK变换电路采用两相同步BUCK电路实现，具体的，其包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电感L1、电感L2、电感L3和电容C2，场效应管Q1的漏极连接场效应管Q2的漏极、场效应管Q3的源级、场效应管Q4的源级、电容C2的一端以及电感L3的一端；场效应管Q1的源级连接电感L1的一端和场效应管Q3的漏极，电感L1的另一端连接电感L3的另一端、电容C2的另一端以及电感L2的一端，电感L2的另一端连接场效应管Q2的源级和场效应管Q4的漏极。

本实用新型通过上述方案，通过大量的实验证明，可实现大于80%传输效率，25W-100W的功率传输，传输距离可大于100mm。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高效率无线充电装置，其特征在于：包括发射模块和接收模块，发射模块包括顺次电性连接的整流电路、DC/DC能量传输电路、高频逆变电路、第一补偿电路和发射线圈；接收模块包括顺次电性连接的接收线圈、第二补偿电路、高频整流电路和输出滤波电路；接收线圈通过电磁耦合将发射线圈发送的能量转换为电能；其中，所述DC/DC能量传输电路包括同步整流BUCK变换电路。

2.根据权利要求1所述的高效率无线充电装置，其特征在于：所述DC/DC能量传输电路还包括采样电路、保持电路、振荡电路、以及占空比信号产生电路，所述采样电路的输入端接于整流电路的输出端，采样电路的输出端接于保持电路的输入端，保持电路的输出端和振荡电路的输出端接于占空比信号产生电路的输入端，占空比信号产生电路的输出端接于同步整流BUCK变换电路的输入端，同步整流BUCK变换电路的输出端接于高频逆变电路的输入端。

3.根据权利要求1或2所述的高效率无线充电装置，其特征在于：所述同步整流BUCK变换电路包括场效应管Q1、电感L1、电容C1、电容C2和二极管D1，场效应管Q1的漏极接于电容C1的一端，场效应管Q1的源级接于电感L1的一端和稳压二极管D1的负极，场效应管Q1的栅极接于驱动控制电路；稳压二极管D1的正极与电容C1的另一端和电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接电感L1的另一端以及高频逆变电路。

4.根据权利要求1或2所述的高效率无线充电装置，其特征在于：所述同步整流BUCK变换电路采用两相同步BUCK电路实现，具体的，其包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电感L1、电感L2、电感L3和电容C2，场效应管Q1的漏极连接场效应管Q2的漏极、场效应管Q3的源级、场效应管Q4的源级、电容C2的一端以及电感L3的一端；场效应管Q1的源级连接电感L1的一端和场效应管Q3的漏极，电感L1的另一端连接电感L3的另一端、电容C2的另一端以及电感L2的一端，电感L2的另一端连接场效应管Q2的源级和场效应管Q4的漏极。

5.根据权利要求1或2所述的高效率无线充电装置，其特征在于：所述发射模块还包括驱动控制电路、电量采集电路、反馈电路，DC/DC能量传输电路的输出端接于电量采集电路的输入端和高频逆变电路的输入端，电量采集电路的输出端接于反馈电路的输入端，反馈电路的输出端接于驱动控制电路的输入端，驱动控制电路的输出端接于高频逆变电路的输入端和DC/DC能量传输电路的输入端。

6.根据权利要求1或2所述的高效率无线充电装置，其特征在于：所述接收模块还包括第二电量采集电路、第二反馈电路和第二驱动控制电路，第二电量采集电路的输入端接于输出滤波电路的输出端，第二电量采集电路的输出端接于第二反馈电路的输入端，第二反馈电路的输出端接于第二驱动控制电路的输入端，第二驱动控制电路的输出端接于高频整流电路的输入端。