CN209659018U - 一种感应电能传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种感应电能传输系统，包括发送装置和接收装置，所述发送装置与接收装置之间电磁耦合；所述发送装置包括整流电路、逆变器、控制单元以及耦合输出电路；所述整流电路的输入端与交流电源连接，所述整流电路的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与耦合输出电路的输入端连接，所述耦合输出电路与接收装置电磁耦合，所述逆变器的控制端与控制单元的控制输出端连接；所述耦合输出电路包括可调电容模块Cr和电感L1；从而能够保证耦合输出电路始终处于调谐状态，确保整个传输系统的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电能传输系统，尤其涉及一种感应电能传输系统。
背景技术
感应电能传输系统(英文简称为I PT)是基于电磁感应原理，将原边回路的电能传输到副边回路中，从而向负载提供电能，进而实现无线电能传输。
现有技术中，感应电能传输系统一般包括发送装置和接收装置，其中，发送装置包括整流电路、逆变器和输出回路，其中，输出回路采用电感和电容组成一个调谐回路，从而实现电感的无功功率补偿，但是，现有的输出回路中，电容的一般为定值，随着使用过程中参数的老化，从而造成输出回路失谐，进而使得整个传输系统的稳定性收到影响，虽然现有的电感中具有可调电容，但是，单一的可调电容的容值范围有限，而且一旦老化衰减，其容值的调节范围更加收到限制。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的旨在提供一种感应电能传输系统，能够使得输出回路始终保持在谐振状态，确保感应电能传输系统的稳定性。
本实用新型提供的一种感应电能传输系统，包括发送装置和接收装置，所述发送装置与接收装置之间电磁耦合；
所述发送装置包括整流电路、逆变器、控制单元以及耦合输出电路；
所述整流电路的输入端与交流电源连接，所述整流电路的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与耦合输出电路的输入端连接，所述耦合输出电路与接收装置电磁耦合，所述逆变器的控制端与控制单元的控制输出端连接；
所述耦合输出电路包括可调电容模块Cr和电感L1；
所述可调电容模块Cr的输入端与逆变器的第一输出端连接，可调电容模块Cr的输出端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与逆变器的第二输出端连接，所述电感L1与接收装置电磁耦合；
所述可调电容模块Cr包括电容C1、电容C2、电容C3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6；
所述电容C2的一端作为可调电容模块Cr的输入端，另一端与三极管Q3的集电极连接，三极管Q3的发射极作为可调电容模块Cr的输出端，电容C1的一端连接于电容C2作为可调电容模块Cr的输入端的一端，电容C1的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极连接，电容C1和三极管Q2的集电极之间的公共连接点与三极管Q6的集电极连接，三极管Q6的发射极与电容C3的一端连接，电容C3的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的集电极连接于三极管Q3的发射极，电容C3和三极管Q6的发射极之间的公共连接点连接于电容C2作为可调电容模块Cr的输入端的一端，电容C2和三极管Q3的集电极之间的公共连接点与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的发射极连接于电容C3和三极管Q4的集电极之间的公共连接点；其中，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6的基极均与控制单元的控制输出端连接。
优选地，所述接收装置包括电感L2和电容C4；
所述电感L2与电感L2耦合形成变压器结构，电感L2的两端分别与电容C4的两端连接，电容C4和电感L2之间的公共连接点作为接收装置的输出端。
优选地，所述控制单元包括脉冲信号发生电路、隔离驱动电路以及中央控制电路；
所述脉冲信号发生电路与中央控制电路通信连接，所述中央控制电路的控制输出端与三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6的基极连接，所述脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与逆变器的控制端连接。
优选地，所述隔离驱动电路包括电阻R1、光耦G1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q8以及三极管Q7；其中，三极管Q8为P型三极管；
电阻R1的一端作为隔离驱动电路的输入端与脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端连接，电阻R1的另一端与光耦G1的发光二极管的正极连接，光耦G1的发光二极管的负极接地，光耦G1的光敏三极管的集电极与三极管Q8的基极连接，三极管Q8的基极通过电阻R2接电源VCC，三极管Q8的发射极与电源VCC连接，三极管Q8的集电极与三极管Q7的集电极连接，三极管Q7的基极连接于光耦G1的光敏三极管的集电极，三极管Q7的发射极接地，电阻R3的一端连接于三极管Q8的集电极，电阻R3的另一端通过电阻R4接地，电阻R4和电阻R3之间的公共连接点作为隔离驱动电路的输出端与逆变器的控制端连接。
本实用新型的有益效果：通过本实用新型的结构下，通过控制可调电容模块Cr中的三极管Q1-Q6的导通与关断，从而改变该模块中各电容之间的串并联的关系，从而实现整个可调电容模块Cr的容值调整，而且容值调整范围大，即使某一电容发生一定衰减，不会对整个电容模块的容值调节造成影响，从而能够保证耦合输出电路始终处于调谐状态，确保整个传输系统的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的电路原理图。
图3为本实用新型的可调电容模块Cr的电路原理图。
图4为本实用新型的隔离驱动电路的原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细解释说明，需要指出的是，以下仅仅是以较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员的任何对本发明的技术方案的修改以及等同替换，均包含在本申请的的技术方案所要求保护的范围之内。
本实用新型提供的一种感应电能传输系统，包括发送装置和接收装置，所述发送装置与接收装置之间电磁耦合；
所述发送装置包括整流电路、逆变器、控制单元以及耦合输出电路；
所述整流电路的输入端与交流电源连接，所述整流电路的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与耦合输出电路的输入端连接，所述耦合输出电路与接收装置电磁耦合，所述逆变器的控制端与控制单元的控制输出端连接；
所述耦合输出电路包括可调电容模块Cr和电感L1；
所述可调电容模块Cr的输入端与逆变器的第一输出端连接，可调电容模块Cr的输出端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与逆变器的第二输出端连接，所述电感L1与接收装置电磁耦合；如图2所示，逆变器的第一输出端即逆变器中MOS管S1的源极和MOS管S2的漏极之间的公共连接点，逆变器的第二输出端即逆变器中MOS管S3的源极和MOS管S4的漏极之间的公共连接点，
所述可调电容模块Cr包括电容C1、电容C2、电容C3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6；
所述电容C2的一端作为可调电容模块Cr的输入端，另一端与三极管Q3的集电极连接，三极管Q3的发射极作为可调电容模块Cr的输出端，电容C1的一端连接于电容C2作为可调电容模块Cr的输入端的一端，电容C1的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极连接，电容C1和三极管Q2的集电极之间的公共连接点与三极管Q6的集电极连接，三极管Q6的发射极与电容C3的一端连接，电容C3的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的集电极连接于三极管Q3的发射极，电容C3和三极管Q6的发射极之间的公共连接点连接于电容C2作为可调电容模块Cr的输入端的一端，电容C2和三极管Q3的集电极之间的公共连接点与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的发射极连接于电容C3和三极管Q4的集电极之间的公共连接点；其中，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6的基极均与控制单元的控制输出端连接；其中，整流电路采用二极管组成的全桥式整流电路，逆变器采用MOS管S1—S4组成的全桥式逆变器，MOS管的驱动控制由控制单元完成，通过上述结构，控制可调电容模块Cr中的三极管Q1-Q6的导通与关断，从而改变该模块中各电容之间的串并联的关系，从而实现整个可调电容模块Cr的容值调整，而且容值调整范围大，即使某一电容发生一定衰减，不会对整个电容模块的容值调节造成影响，从而能够保证耦合输出电路始终处于调谐状态，确保整个传输系统的稳定性。
优选的一个实施例中，所述接收装置包括电感L2和电容C4；
所述电感L2与电感L2耦合形成变压器结构，电感L2的两端分别与电容C4的两端连接，电容C4和电感L2之间的公共连接点作为接收装置的输出端，其中，接收装置的输出端包括正输出端“+”和负输出端“-”，负载RL连接于正输出端“+”和负输出端“-”，对于交流负载RL来说，可以直接连接，但是，对于直流负载来说，还需在正输出端“+”和负输出端“-”之间设置整流电路，然后进行相应的降压、直流倍压以及滤波等处理，然后提供给负载RL，这些均是可以通过现有技术实现的。
优选的一个实施例中，所述控制单元包括脉冲信号发生电路、隔离驱动电路以及中央控制电路；
所述脉冲信号发生电路与中央控制电路通信连接，通过中央控制电路向脉冲信号发生器输入控制指令，用来改变脉冲信号的幅值、占空比等；所述中央控制电路的控制输出端与三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6的基极连接，所述脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与逆变器的控制端连接；其中脉冲信号发生电路采用现有的脉冲信号发生器，可以为单个的脉冲信号发生器，比如SG3525集成芯片构成的PWM信号发生器等，也可以是多路脉冲信号发生器，比如PCA9685脉冲信号发生器等，中央控制电路采用现有的STM32系列单片机、89C51系列单片机，这些单片机均具有产品说明书，本领域技术人员根据产品说明书设定相应的引脚功能然后与本申请中的电路连接即可，同样属于现有技术，置于中央控制电路中搭载的程序，都是采用现有的程序实现，并且该程序并非是本实用新型的改进目的，在此不加以赘述；为了实现对中央控制电路进行供电以及对隔离驱动电路进行供电，还设置有供电单元，供电单元包括第一稳压电路和第二稳压电路，其中，第一稳压电路采用7812芯片、LM1575HVT-12稳压芯片等新芯片及其外围电路，第二稳压电路采用LM7805、LM275HVT-5.0等芯片及其外围电路，其中，第一稳压电路输出12V电压并作为电源VCC，第二稳压器电路向中央控制电路提供工作用电；当然，为了实现对中央控制电路的控制，还设置有与中央控制电路通信连接的触控屏以及通信接口，触控屏用于向中央控制电路输入控制指令，比如调整脉冲信号发生器输出的脉冲信号的占空比、幅值等，通信接口用于外部设备连接，为了向中央控制电路写入相应的控制命令以及更新程序。
具体地，所述隔离驱动电路包括电阻R1、光耦G1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q8以及三极管Q7；其中，三极管Q8为P型三极管；
电阻R1的一端作为隔离驱动电路的输入端与脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端连接，电阻R1的另一端与光耦G1的发光二极管的正极连接，光耦G1的发光二极管的负极接地，光耦G1的光敏三极管的集电极与三极管Q8的基极连接，三极管Q8的基极通过电阻R2接电源VCC，三极管Q8的发射极与电源VCC连接，三极管Q8的集电极与三极管Q7的集电极连接，三极管Q7的基极连接于光耦G1的光敏三极管的集电极，三极管Q7的发射极接地，电阻R3的一端连接于三极管Q8的集电极，电阻R3的另一端通过电阻R4接地，电阻R4和电阻R3之间的公共连接点作为隔离驱动电路的输出端与逆变器的控制端连接，其中，隔离驱动电路为4个，分别对应S1-S4的MOS管，当PWM信号低电平时，光耦截止，此时，三极管Q7截止，三极管Q8处于导通状态，从而向MOS管提供驱动电压，当PWM信号处于高电平时，光耦G1导通，此时三极管Q8虽然仍然处于导通，但是此时Q7也会导通，从而三极管Q8集电极的电平，从而MOS管不能得到工作电压；通过上述结构，实现控制电路与逆变器之间的电气隔离，从而确保中央控制电路的工作安全性。
Claims (4)
1.一种感应电能传输系统，其特征在于：包括发送装置和接收装置，所述发送装置与接收装置之间电磁耦合；
所述发送装置包括整流电路、逆变器、控制单元以及耦合输出电路；
所述整流电路的输入端与交流电源连接，所述整流电路的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与耦合输出电路的输入端连接，所述耦合输出电路与接收装置电磁耦合，所述逆变器的控制端与控制单元的控制输出端连接；
所述耦合输出电路包括可调电容模块Cr和电感L1；
所述可调电容模块Cr的输入端与逆变器的第一输出端连接，可调电容模块Cr的输出端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与逆变器的第二输出端连接，所述电感L1与接收装置电磁耦合；
所述可调电容模块Cr包括电容C1、电容C2、电容C3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6；
所述电容C2的一端作为可调电容模块Cr的输入端，另一端与三极管Q3的集电极连接，三极管Q3的发射极作为可调电容模块Cr的输出端，电容C1的一端连接于电容C2作为可调电容模块Cr的输入端的一端，电容C1的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极连接，电容C1和三极管Q2的集电极之间的公共连接点与三极管Q6的集电极连接，三极管Q6的发射极与电容C3的一端连接，电容C3的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的集电极连接于三极管Q3的发射极，电容C3和三极管Q6的发射极之间的公共连接点连接于电容C2作为可调电容模块Cr的输入端的一端，电容C2和三极管Q3的集电极之间的公共连接点与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的发射极连接于电容C3和三极管Q4的集电极之间的公共连接点；其中，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6的基极均与控制单元的控制输出端连接。
2.根据权利要求1所述感应电能传输系统，其特征在于：所述接收装置包括电感L2和电容C4；
所述电感L2与电感L2耦合形成变压器结构，电感L2的两端分别与电容C4的两端连接，电容C4和电感L2之间的公共连接点作为接收装置的输出端。
3.根据权利要求1所述感应电能传输系统，其特征在于：所述控制单元包括脉冲信号发生电路、隔离驱动电路以及中央控制电路；
所述脉冲信号发生电路与中央控制电路通信连接，所述中央控制电路的控制输出端与三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及三极管Q6的基极连接，所述脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与逆变器的控制端连接。
4.根据权利要求3所述感应电能传输系统，其特征在于：所述隔离驱动电路包括电阻R1、光耦G1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q8以及三极管Q7；其中，三极管Q8为P型三极管；
电阻R1的一端作为隔离驱动电路的输入端与脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端连接，电阻R1的另一端与光耦G1的发光二极管的正极连接，光耦G1的发光二极管的负极接地，光耦G1的光敏三极管的集电极与三极管Q8的基极连接，三极管Q8的基极通过电阻R2接电源VCC，三极管Q8的发射极与电源VCC连接，三极管Q8的集电极与三极管Q7的集电极连接，三极管Q7的基极连接于光耦G1的光敏三极管的集电极，三极管Q7的发射极接地，电阻R3的一端连接于三极管Q8的集电极，电阻R3的另一端通过电阻R4接地，电阻R4和电阻R3之间的公共连接点作为隔离驱动电路的输出端与逆变器的控制端连接。
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