CN206775244U - 磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置 - Google Patents

Abstract

磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置。本产品其组成包括:整流调压器，所述的整流调压器连接工频交流电输入端，所述的整流调压器连接全桥逆变器，所述的全桥逆变器连接电磁收发线圈，所述的电磁收发线圈连接高频整流滤波器，所述的高频整流滤波器连接电容储能输出端，所述的电容储能输出端输出直流电，所述的电磁收发线圈连接电压电流温度检测装置，所述的电压电流温度检测装置连接CPU电脑中央处理器，所述的CPU电脑中央处理器连接显示器和逆变控制器，所述的逆变控制器连接逆变驱动器，所述的逆变驱动器连接所述的全桥逆变器，所述的CPU电脑中央处理器连接控制输入端。本实用新型用于磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输。

Description

磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置

技术领域：

本实用新型涉及一种磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置。

背景技术：

在初、次级均补偿情况下，输入电压和初级绕组电流均下降，功率因数都有提高，但在串并补偿情况下输入电压最小功率因数最高。所以谐振系统采用串并式的电容补偿结构。理想情况下，电容补偿就是电容-电感间交替传递电能，电能在电感端将电能转化成磁场能。LC谐振系统需要高频的交流电来周期性的不间断的供电，来补充电感消耗的电能，而市电的频率则是50HZ，那么这就需要一个频率变换装置，也就是主要的拓扑电路。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种无线电能功率传输效果好的磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置，其组成包括:整流调压器，所述的整流调压器连接工频交流电输入端，所述的整流调压器连接全桥逆变器，所述的全桥逆变器连接电磁收发线圈，所述的电磁收发线圈连接高频整流滤波器，所述的高频整流滤波器连接电容储能输出端，所述的电容储能输出端输出直流电，所述的电磁收发线圈连接电压电流温度检测装置，所述的电压电流温度检测装置连接CPU电脑中央处理器，所述的CPU电脑中央处理器连接显示器和逆变控制器，所述的逆变控制器连接逆变驱动器，所述的逆变驱动器连接所述的全桥逆变器，所述的CPU电脑中央处理器连接控制输入端;所述的电磁收发线圈包括V1电磁接受线圈和V2电磁发射线圈，所述的V1电磁接受线圈连接输入端导线，所述的输入端导线穿过输入端壳体，所述的输入端壳体的左面和右面均连接一组左半径连接板，所述的左半径连接板连接所述的V1电磁接受线圈，所述的左半径连接板连接左圆套，所述的左圆套连接圆轴，所述的输入端壳体连接左连接耳板，所述的V2电磁发射线圈连接输出端导线，所述的输出端导线连接输出端壳体，所述的输出端壳体的左面和右面均连接一组右半径连接板，所述的右半径连接板连接所述的V2电磁发射线圈，所述的右半径连接板连接右圆套，所述的右圆套连接所述的圆轴，所述的输出端壳体连接右连接耳板；整流调压器是把工频交流电进行处理得到直流电，电流经斩波之后送给LC谐振补偿网络，电能由线圈转化成磁场分布在线圈周围；进入磁场内的线圈发生谐振，将电能送给电容储存起来；驱动逆变驱动器，有软开关功能，控制驱动器进行零占空比渐进开通，对mos开关管进行保护。

有益效果：

1.本实用新型能够保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=110V时，调整负载使接收端输出直流电流2A，输出直流电压U2≥200 V，提高该无线电能传输装置的效率到80%。

附图说明：

附图1是本产品的结构框图。

附图2是本产品的结构示意图。

附图3是附图2中的全桥式变换拓扑电路图。

附图4是附图3的全桥拓扑波形图。

附图5是附图4的H全桥驱动电路电路图。

附图6是本产品的主控电路图。

具体实施方式：

实施例1：

一种磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置，其组成包括:整流调压器1，所述的整流调压器连接工频交流电输入端2，所述的整流调压器连接全桥逆变器3，所述的全桥逆变器连接电磁收发线圈，所述的电磁收发线圈连接高频整流滤波器4，所述的高频整流滤波器连接电容储能输出端5，所述的电容储能输出端输出直流电，所述的电磁收发线圈连接电压电流温度检测装置6，所述的电压电流温度检测装置连接CPU电脑中央处理器7，所述的CPU电脑中央处理器连接显示器8和逆变控制器9，所述的逆变控制器连接逆变驱动器10，所述的逆变驱动器连接所述的全桥逆变器，所述的CPU电脑中央处理器连接控制输入端11。

实施例2：

实施例1所述的磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置，所述的电磁收发线圈包括V1电磁接受线圈12和V2电磁发射线圈13，所述的V1电磁接受线圈连接输入端导线14，所述的输入端导线穿过输入端壳体15，所述的输入端壳体的左面和右面均连接一组左半径连接板16，所述的左半径连接板连接所述的V1电磁接受线圈，所述的左半径连接板连接左圆套17，所述的左圆套连接圆轴18，所述的输入端壳体连接左连接耳板19，所述的V2电磁发射线圈连接输出端导线20，所述的输出端导线连接输出端壳体21，所述的输出端壳体的左面和右面均连接一组右半径连接板22，所述的右半径连接板连接所述的V2电磁发射线圈，所述的右半径连接板连接右圆套23，所述的右圆套连接所述的圆轴，所述的输出端壳体连接右连接耳板24。

实施例3：

上述实施例所述的磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置，整流调压器是把工频交流电进行处理得到直流电，电流经斩波之后送给LC谐振补偿网络，电能由线圈转化成磁场分布在线圈周围。进入磁场内的线圈发生谐振，将电能送给电容储存起来。驱动逆变驱动器，有软开关功能，控制驱动器进行零占空比渐进开通，对mos开关管进行保护。

的无线通信系统主要是对接收端进行管理检测而进行通信设计的。接收端的电压值、电流值、温度值、都要由经无线通信系统传回并显示。通过这些信息加以参考，对发射系统进行控制。

实施例4：

上述实施例所述的磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置，高频逆变就是一个斩波的过程，将直流电转化与谐振频率一致的交流电送到LC谐振系统中。所以高频逆变电路的设计将很大程度上影响系统工作的稳定性和高效性。

高频逆变电路设计条件如下:

(l)电路工作频率能达到300kHz，满足实验设计要求；

(2)拓扑电路具有功率转换、高效率、低损耗的特点；

(3)要有较高的安全性和稳定性；

(4)抗干扰能力强、控制简单等特点。

根据逆变器主回路拓扑结构不同，可分为全桥拓扑、半桥拓扑、推挽式拓扑、能量注入型谐振式拓扑、自激振荡式谐振拓扑、E类谐振拓扑等。

全桥变换器的拓扑结构如附图3所示，其输入和半桥结构的输入相同，采用倍压或者全桥切换整流电路。其主要优点就是，变换器的初级输入电压是±Vdc的方波，而不是半桥结构初级输入电压±Vdc/2，晶体管承受的关断电压和半桥的完全相同，就是输入的最大直流电压，晶体管在承受相同的峰值电压和电流的条件下，全桥变换器的输出功率是半桥的两倍。

基本工作原理:

设全桥的四个mos开关管Q1-Q4对应的G极为G1-G4，电感L1电压VP如附图4所示，开关管是采用pwm方式进行控制的。在每个周期内，mos开关管Q2、Q3和Q1、Q4交替导通，为防止开关管直通，加以一定的死区时间，所以导通时间应控制小于半个周期导体时间。在一个开个周期T的前半周中，开关管Q1、Q4导通，导通时间Ton，在这段时间内，LC谐振系统的电压为V1=Vdc，在一个开个周期T的后半周中，开关管Q2、Q3导通，导通时间Ton，在这段时间内，LC谐振系统的电压为V1=-Vdc。

实施例4：

上述实施例所述的磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置，显示器的供电接入电路和手机充电接入电路并添加了过压保护、过流保护。接入设备检测以及MOS开关管温度检测等，

通过附图4图所示，mos开关管驱动的控制芯片要提供那样的波形，然而控制器给出波形的驱动mos开关管的能量不够，需要设计驱动电路来增强驱动能力。目前，开关管的驱动的设计所需电路主要采用集成芯片，配合外围电路将控制器输出的PWM信号转换为同步高压、强能力的驱动信号。

芯片是半桥拓扑电路专用功率器件集成驱动电路，2片IR2110可合成H全桥功率MOS开关管驱动器。它的高端悬浮通道采用外部自举电容产生悬浮桥壁上端的驱动电压Vba，与低端通道共用一个外接驱动电源。若采用光耦的话，这个电源是少不了的，这里节约了成本。IR2110芯片的所以高压引脚在一侧，低压控制信号在一侧，拥有独立的逻辑地和功率地。栅极门电压范围在10V-20V，高端悬浮电压最高可以被举到500V。IR2110的欠压锁定功能非常适合我们的设计用，方便控制器对设备的启动和停止使用，它的工作电压在7.4-9.6V，使能欠压锁定功能后，无论控制器给定什么信号，驱动器输出均是低电平。

全桥驱动电路

H全桥驱动电路如附图5所示，它的输出对应连接全桥拓扑电路中mos开关管Q1-Q4上，对应的自举电容是C1、C5，D1、D6是自举快恢复二极管，作用是防止Q1、Q2导通时高压串入损坏芯片。C3、C7是功率电源Vcc的滤波电容。R2，R13的作用是限流自举电阻，防止自举电容过充或出现低于地电位的情况发生。

电阻R5，R8，R16，R19是IR211O输出通道到MOS开关管栅极间的限流电阻，防止栅极电流过大损坏 MOS开关管，取值往往很小为几Ω。C2、C4、C6、C89是滤波电容，与电阻R5、R9、R16、R19组成RC低通滤波电路，对IR2110输出信号进行低通滤波。功率场效应管IRF640的栅-源电压容限为±20V，而IR2110内部没有连接于栅极的限压元件，MOSFET漏极产生的浪涌电压会通过漏栅极之间的米勒电容耦合到栅极上击穿栅极的氧化层，所以在MOS开关管栅-源极之间加分压电阻和稳压二极管来箝位栅-源极电压，同时保护IR2110被MOS开关管短路高压串入损坏。稳压二极管D10-D13稳压在18V左右，分压电阻R6，R11、R17、R20能有效降低栅极电压。快恢复二极管D2，D4，D7，D9是当IR2110输出低电平时，给mos开关管的G极电荷提供一个快速释放通道。快恢复二极管可以加快MOS开关管的关断时间，利增强桥臂开关管断开后的死区周期，防止桥臂上下直通烧毁管子、。电阻R5，R9，R16，R19是限流电阻，用于限制mos开关管G极释放电流，防止大电流损坏芯片。

是采用STM32控制芯片，和传感器的通信是利用2.4通信芯片IRF24L01实现的，温度传感器是采用DS18B20，无线模块的1-5脚分别接在STM32的PA3-PA7，温度传感器接在PB8-PB11，电压电流的采集连接在控制器STM32提供的12位AD的2个通道PC1、PC2上，接收部分的控制器图6一样，区别在于没有温度部分。

Claims (1)

1.一种磁场耦合串联、并联式无线电能功率传输装置，其组成包括: 整流调压器，其特征是: 所述的整流调压器连接工频交流电输入端，所述的整流调压器连接全桥逆变器，所述的全桥逆变器连接电磁收发线圈，所述的电磁收发线圈连接高频整流滤波器，所述的高频整流滤波器连接电容储能输出端，所述的电容储能输出端输出直流电，所述的电磁收发线圈连接电压电流温度检测装置，所述的电压电流温度检测装置连接CPU电脑中央处理器，所述的CPU电脑中央处理器连接显示器和逆变控制器，所述的逆变控制器连接逆变驱动器，所述的逆变驱动器连接所述的全桥逆变器，所述的CPU电脑中央处理器连接控制输入端;所述的电磁收发线圈包括V1电磁接受线圈和V2电磁发射线圈，所述的V1电磁接受线圈连接输入端导线，所述的输入端导线穿过输入端壳体，所述的输入端壳体的左面和右面均连接一组左半径连接板，所述的左半径连接板连接所述的V1电磁接受线圈，所述的左半径连接板连接左圆套，所述的左圆套连接圆轴，所述的输入端壳体连接左连接耳板，所述的V2电磁发射线圈连接输出端导线，所述的输出端导线连接输出端壳体，所述的输出端壳体的左面和右面均连接一组右半径连接板，所述的右半径连接板连接所述的V2电磁发射线圈，所述的右半径连接板连接右圆套，所述的右圆套连接所述的圆轴，所述的输出端壳体连接右连接耳板；整流调压器是把工频交流电进行处理得到直流电，电流经斩波之后送给LC谐振补偿网络，电能由线圈转化成磁场分布在线圈周围；进入磁场内的线圈发生谐振，将电能送给电容储存起来；驱动逆变驱动器，有软开关功能，控制驱动器进行零占空比渐进开通，对mos开关管进行保护。