CN204992720U - 一种无线充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无线充电装置，属于无线充电应用技术领域。本实用新型由发射部分和接收部分两部分组成，发射部分由位于绝缘外壳中的TMS320F28035最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ、电磁干扰滤波器、功率因数校正电路、直流转交流逆变电路、补偿网络和发射线圈构成，接收部分由STC12A5C60s2最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ、接收线圈、补偿电容器、全桥整流电路和滤波电路构成。本实用新型能够安全、可靠、高效地对电池进行充电，充电装置体积小，传输效率高，能够根据电池负载大小自动调节输出功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线充电装置，属于无线充电应用技术领域。
背景技术
自2007年6月，美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克的研究小组宣布，利用电磁共振技术成功点亮了一个距离电源约2米远的60瓦电灯泡，电能传输效率达到了40%。该项技术的发布引起了世界范围内磁谐振无线输电装置的研发热潮，德国、日本、新西兰等国家很快跟进了这方面的研究。现在一些知名厂商也都在致力于无线充电技术的开发和研究，但各有其优缺点，而且技术参数参差不齐，就目前而言市场上已经出现了一些小功率的无线充电产品，但这些产品主要应用在手机、电动牙刷等小功率产品上，无法用于如电脑、电动车等功率稍大的电器上。就实用性来说不是很大，所以本实用新型提出一种高效率的无线充电装置，主要部分由控制器，STC12A5C60s2最小系统，采样电路，隔离驱动器，NRF24L01无线数据传输模块，电磁干扰滤波电路，功率因数校正电路，直流转交流逆变电路，补偿网络和发射线圈，接收线圈，补偿电容，全桥整流电路和输出滤波电路。其中电磁干扰滤波技术已较为人知，功率因数矫正技术也被广泛使用，另外逆变技术、整流技术也经常出现在一些高效率的电源装置中。在通信技术里，NRF24L01无线数据传输模块也常用来进行数据反馈处理，并由控制器调整信号的输出。尽管如此，这些技术并未完全被整合在一起，没有提出一个系统的无线充电装置，而在现有的无线充电技术中也存在装置效率较低、体积大、功率不可调等缺点。
发明内容
为了克服功率不可调、体积大、效率低等缺点，本实用新型提出一种无线充电装置，该无线充电装置能够通过处理器控制功率因数校正电路脉宽输出，从而自动调节输出功率，同时电池采用工频脉冲电压进行充电，减小了装置体积。
本实用新型的技术方案是：一种无线充电装置，由发射部分和接收部分两部分组成，发射部分由位于绝缘外壳中的TMS320F28035最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ、电磁干扰滤波器、功率因数校正电路、直流转交流逆变电路、补偿网络和发射线圈构成，接收部分由STC12A5C60s2最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ、接收线圈、补偿电容器、全桥整流电路和滤波电路构成；
电磁干扰滤波器与功率因数校正电路连接，发射部分输入的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，功率因数校正电路的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，TMS320F28035最小系统发出的控制信号通过隔离驱动器直接连到功率因数校正电路的金属-氧化物半导体场效应晶体管上，直流转交流逆变电路中的4个金属-氧化物半导体场效应晶体管均与TMS320F28035最小系统连接的驱动器连接，直流转交流逆变电路与补偿网络连接，补偿网络再与发射线圈相连，NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ直接与TMS320F28035最小系统相连；
接收部分的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ直接与STC12A5C60s2最小系统连接，接收线圈经过补偿电容与全桥整流电路相连，全桥整流电路另一端连接滤波电路，经滤波电路后的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，滤波电路后直接连接负载。
所述电磁干扰滤波器由X电容C1，Y电容C2、C3，共模电感L1组成；其中X电容C1连接到共模电感L1的输入端，共模电感L1的输出端分别连接到Y电容C2、C3的一个脚，Y电容C2、C3剩余的一个脚连接在一起并连接到大地；
所述功率因数校正电路由高速整流碳化硅二极管D1、D2、D3，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2，薄膜电容C4、C5，电感器L2、L3组成；其中高速整流碳化硅二极管D1、D2串联，电感器L2的输入端连接Y电容C2的一个脚，电感器L2的输出端连接高速整流碳化硅二极管D1串联高速整流碳化硅二极管D2的中点，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2的中点连接Y电容C3的一个脚，高速整流碳化硅二极管D1的一个脚与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1的一个脚连接并连接到薄膜电容C4的输入端，高速整流碳化硅二极管D2的一个脚与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q2的一个脚连接并连接到电感器L3的一端，电感器L3的另一端连接到薄膜电容C4的输出端，高速整流碳化硅二极管D3的输入端连接到薄膜电容C4的输出端，高速整流碳化硅二极管D3的输出端连接到薄膜电容C5的一端，薄膜电容C5的另一端连接到电感器L3与高速整流碳化硅二极管D2、金属-氧化物半导体场效应晶体管Q2连接的一端；
所述直流转交流逆变电路由四个金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3、Q4、Q5、Q6组成；其中金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3的一端与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5连接并连接到高速整流碳化硅二极管D3的输出端，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6的一端连接并连接到薄膜电容C5与电感器L3连接的一端；
所述补偿网络由电感Lf、电容Cf、C6组成；其电感Lf的输入端连接到金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6串联的中点，电感Lf的输出端连接到C6的输入端，C6的输出端连接到发射线圈，电容Cf的一端连接到电感Lf的输出端，电容Cf的另一端连接到金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4串联的中点并连到发射线圈；
所述发射线圈由电感L4组成；
所述接收线圈由电感L5组成；
所述补偿电容由电容C7组成；
所述全桥整流电路由4个二极管D4、D5、D6、D7组成；
所述滤波电路由电容C8、C9及电感L6组成。
本实用新型的工作原理是：从电网发出的电流经电磁干扰滤波电路进入无桥功率因数校正电路，实现功率因数校正和整流功能，整流后的直流电再经逆变电路变为我们需要的高频交流电，高频交流电再经谐振网络，通过发射线圈传输到接收端，之后再经整流后以工频脉冲电压给电池充电。当负载发生变化或者线圈位置发生偏移时，则输出电压或者输出电流发生变化，经电路采样、STC12A5C60s2最小系统处理再通过NRF24L01无线数据传输模块发送数据，TMS320F28035最小系统接收数据，根据接收的数据来控制脉宽，调节功率因数校正电路的输出电压，从而调节输出功率大小，以达到稳定输出功率的效果。
本实用新型的有益效果是：能够安全、可靠、高效地对电池进行充电，充电装置体积小，传输效率高，能够根据电池负载大小自动调节输出功率。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图；
图2为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-2所示，一种无线充电装置，由发射部分和接收部分两部分组成，发射部分由位于绝缘外壳中的TMS320F28035最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ、电磁干扰滤波器、功率因数校正电路、直流转交流逆变电路、补偿网络和发射线圈构成，接收部分由STC12A5C60s2最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ、接收线圈、补偿电容器、全桥整流电路和滤波电路构成；
电磁干扰滤波器与功率因数校正电路连接，发射部分输入的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，功率因数校正电路的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，TMS320F28035最小系统发出的控制信号通过隔离驱动器直接连到功率因数校正电路的金属-氧化物半导体场效应晶体管上，直流转交流逆变电路中的4个金属-氧化物半导体场效应晶体管均与TMS320F28035最小系统连接的驱动器连接，直流转交流逆变电路与补偿网络连接，补偿网络再与发射线圈相连，NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ直接与TMS320F28035最小系统相连；
接收部分的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ直接与STC12A5C60s2最小系统连接，接收线圈经过补偿电容与全桥整流电路相连，全桥整流电路另一端连接滤波电路，经滤波电路后的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，滤波电路后直接连接负载。
所述电磁干扰滤波器由X电容C1，Y电容C2、C3，共模电感L1组成；其中X电容C1连接到共模电感L1的输入端，共模电感L1的输出端分别连接到Y电容C2、C3的一个脚，Y电容C2、C3剩余的一个脚连接在一起并连接到大地；
所述功率因数校正电路由高速整流碳化硅二极管D1、D2、D3，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2，薄膜电容C4、C5，电感器L2、L3组成；其中高速整流碳化硅二极管D1、D2串联，电感器L2的输入端连接Y电容C2的一个脚，电感器L2的输出端连接高速整流碳化硅二极管D1串联高速整流碳化硅二极管D2的中点，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2的中点连接Y电容C3的一个脚，高速整流碳化硅二极管D1的一个脚与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1的一个脚连接并连接到薄膜电容C4的输入端，高速整流碳化硅二极管D2的一个脚与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q2的一个脚连接并连接到电感器L3的一端，电感器L3的另一端连接到薄膜电容C4的输出端，高速整流碳化硅二极管D3的输入端连接到薄膜电容C4的输出端，高速整流碳化硅二极管D3的输出端连接到薄膜电容C5的一端，薄膜电容C5的另一端连接到电感器L3与高速整流碳化硅二极管D2、金属-氧化物半导体场效应晶体管Q2连接的一端；
所述直流转交流逆变电路由四个金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3、Q4、Q5、Q6组成；其中金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3的一端与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5连接并连接到高速整流碳化硅二极管D3的输出端，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6的一端连接并连接到薄膜电容C5与电感器L3连接的一端；
所述补偿网络由电感Lf、电容Cf、C6组成；其电感Lf的输入端连接到金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6串联的中点，电感Lf的输出端连接到C6的输入端，C6的输出端连接到发射线圈，电容Cf的一端连接到电感Lf的输出端，电容Cf的另一端连接到金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4串联的中点并连到发射线圈；
所述发射线圈由电感L4组成；
所述接收线圈由电感L5组成；
所述补偿电容由电容C7组成；
所述全桥整流电路由4个二极管D4、D5、D6、D7组成；
所述滤波电路由电容C8、C9及电感L6组成。
实施例2：如图1-2所示，一种无线充电装置，由发射部分和接收部分两部分组成，发射部分由位于绝缘外壳中的TMS320F28035最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ、电磁干扰滤波器、功率因数校正电路、直流转交流逆变电路、补偿网络和发射线圈构成，接收部分由STC12A5C60s2最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ、接收线圈、补偿电容器、全桥整流电路和滤波电路构成；
电磁干扰滤波器与功率因数校正电路连接，发射部分输入的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，功率因数校正电路的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，TMS320F28035最小系统发出的控制信号通过隔离驱动器直接连到功率因数校正电路的金属-氧化物半导体场效应晶体管上，直流转交流逆变电路中的4个金属-氧化物半导体场效应晶体管均与TMS320F28035最小系统连接的驱动器连接，直流转交流逆变电路与补偿网络连接，补偿网络再与发射线圈相连，NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ直接与TMS320F28035最小系统相连；
接收部分的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ直接与STC12A5C60s2最小系统连接，接收线圈经过补偿电容与全桥整流电路相连，全桥整流电路另一端连接滤波电路，经滤波电路后的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，滤波电路后直接连接负载。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种无线充电装置，其特征在于：由发射部分和接收部分两部分组成，发射部分由位于绝缘外壳中的TMS320F28035最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ、电磁干扰滤波器、功率因数校正电路、直流转交流逆变电路、补偿网络和发射线圈构成，接收部分由STC12A5C60s2最小系统、NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ、接收线圈、补偿电容器、全桥整流电路和滤波电路构成；
电磁干扰滤波器与功率因数校正电路连接，发射部分输入的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，功率因数校正电路的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到TMS320F28035最小系统，TMS320F28035最小系统发出的控制信号通过隔离驱动器直接连到功率因数校正电路的金属-氧化物半导体场效应晶体管上，直流转交流逆变电路中的4个金属-氧化物半导体场效应晶体管均与TMS320F28035最小系统连接的驱动器连接，直流转交流逆变电路与补偿网络连接，补偿网络再与发射线圈相连，NRF24L01无线数据传输模块Ⅰ直接与TMS320F28035最小系统相连；
接收部分的电流由电流采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，NRF24L01无线数据传输模块Ⅱ直接与STC12A5C60s2最小系统连接，接收线圈经过补偿电容与全桥整流电路相连，全桥整流电路另一端连接滤波电路，经滤波电路后的输出电压由电压采样装置采样，采样的输出信号连接到STC12A5C60s2最小系统，滤波电路后直接连接负载。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于：
所述电磁干扰滤波器由X电容C1，Y电容C2、C3，共模电感L1组成；其中X电容C1连接到共模电感L1的输入端，共模电感L1的输出端分别连接到Y电容C2、C3的一个脚，Y电容C2、C3剩余的一个脚连接在一起并连接到大地；
所述功率因数校正电路由高速整流碳化硅二极管D1、D2、D3，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2，薄膜电容C4、C5，电感器L2、L3组成；其中高速整流碳化硅二极管D1、D2串联，电感器L2的输入端连接Y电容C2的一个脚，电感器L2的输出端连接高速整流碳化硅二极管D1串联高速整流碳化硅二极管D2的中点，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2的中点连接Y电容C3的一个脚，高速整流碳化硅二极管D1的一个脚与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1的一个脚连接并连接到薄膜电容C4的输入端，高速整流碳化硅二极管D2的一个脚与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q2的一个脚连接并连接到电感器L3的一端，电感器L3的另一端连接到薄膜电容C4的输出端，高速整流碳化硅二极管D3的输入端连接到薄膜电容C4的输出端，高速整流碳化硅二极管D3的输出端连接到薄膜电容C5的一端，薄膜电容C5的另一端连接到电感器L3与高速整流碳化硅二极管D2、金属-氧化物半导体场效应晶体管Q2连接的一端；
所述直流转交流逆变电路由四个金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3、Q4、Q5、Q6组成；其中金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6串联，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3的一端与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5连接并连接到高速整流碳化硅二极管D3的输出端，金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6的一端连接并连接到薄膜电容C5与电感器L3连接的一端；
所述补偿网络由电感Lf、电容Cf、C6组成；其电感Lf的输入端连接到金属-氧化物半导体场效应晶体管Q5与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q6串联的中点，电感Lf的输出端连接到C6的输入端，C6的输出端连接到发射线圈，电容Cf的一端连接到电感Lf的输出端，电容Cf的另一端连接到金属-氧化物半导体场效应晶体管Q3与金属-氧化物半导体场效应晶体管Q4串联的中点并连到发射线圈；
所述发射线圈由电感L4组成；
所述接收线圈由电感L5组成；
所述补偿电容由电容C7组成；
所述全桥整流电路由4个二极管D4、D5、D6、D7组成；
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