CN210183051U

CN210183051U - 无线充电系统及电力设备

Info

Publication number: CN210183051U
Application number: CN201921249846.3U
Authority: CN
Inventors: Bo Li; 李波; Xiangqing Xu; 徐想清
Original assignee: Shenzhen Zhi Chain Physical Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhi Chain Physical Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2029-07-31

Abstract

本实用新型实施例公开了一种无线充电系统和电力设备，在能量发送端和能量接收端分别增加串联的第一谐振器件和第二谐振器件，第一谐振器件和第二谐振器件只参与谐振，不参与能量传输，这样，对于小体积、近距离以及低电压增益的无线充电系统，在原副边线圈自感较少的情况下，可以通过调节第一谐振器件和第二谐振器件的互感值以调节谐振系统的Q值，使得系统工作在频率稳定性和负载范围较宽的区间，降低了系统参数设计难度。

Description

无线充电系统及电力设备

技术领域

本实用新型属于无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电系统及电力设备。

背景技术

随着无线充电技术的不断发展，无线充电的应用也越来越广泛。

无线充电在电动助力车锂电池充电、无人机以及小型AGV等应用领域具有广阔的应用前景。该类应用功率范围在200W至1000W左右，安装使用对象一般尺寸较小，传能距离比较近，因此对传能线圈的尺寸与体积有较高的要求。另外，该类民用产品的输入输出电压增益较低，输入一般为AC220V，PFC后输入可达到DC400V左右，输出一般为DC48V或DC24V。

在线圈体积受限的场景下，受原边外壳尺寸的限制，无线充电系统的原副边线圈线盘面积和厚度一般较小，导致线圈自感值较小，无法满足参数设计的要求，导致参数设计失败。通过线圈多层绕制可以满足参数设计的要求，但是此方法会导致的原副边谐振参数过于敏感，轻微的偏移将会导致互感和系统Q 值的剧烈变化，另外负载轻微变化都会可能导致谐振失败。也就是说，在传统系统参数设计模式下，很难实现这类小尺寸、近距离以及低电压增益的无线充电系统的参数设计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无线充电系统及电力设备，旨在解决传统系统参数设计模式下，很难实现小尺寸、近距离以及低电压增益的无线充电系统的参数设计的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种无线充电系统，包括能量发送端和能量接收端；所述能量发送端包括逆变电路、第一谐振网络、能量传输网络和第一谐振器件；所述能量接收端包括第二谐振器件、能量接收网络、第二谐振网络和整流稳压模块；

所述逆变电路的输入端与直流输入电源连接，输出端与所述第一谐振网络的输入端连接；所述第一谐振网络的第一输出端与所述能量传输网络的第一端连接，所述能量传输网络的第二端与所述第一谐振器件的第一端连接，所述第一谐振器件的第二端与所述第一谐振网络的第二输出端连接；

所述能量接收网络的第一端与所述第二谐振器件的第一端连接，所述第二谐振器件的第二端与所述第二谐振网络的第一输入端连接；所述能量接收网络的第二端与所述第二谐振网络的第二输入端连接；所述第二谐振网络的输出端与所述整流稳压模块的输入端连接。

可选地，所述第一谐振器件和所述第二谐振器件均为电感。

可选地，所述能量传输网络包括发送线圈和能量传输器件；

所述能量传输器件的第一端作为所述能量传输网络的第一端，所述能量传输器件的第二端与所述发送线圈的第一端连接，所述发送线圈的第二端作为所述能量传输网络的第二端。

可选地，所述能量接收网络包括接收线圈和能量接收器件；

所述发送线圈的第一端作为所述能量接收网络的第二端，所述发送线圈的第二端与所述能量接收器件的第一端连接，所述能量接收器件的第二端作为所述能量接收网络的第二端。

可选地，所述能量传输器件和所述能量接收器件均为电容。

可选地，所述第一谐振网络包括第一电感和第一电容；

所述第一电感的第一端和所述第一电容的第一端连接形成的公共端作为所述第一谐振网络的第一输出端，所述第一电容的第二端作为所述第一谐振网络的第二输出端和所述第一谐振网络的第二输入端，所述第一电感的第二端作为所述第一谐振网络的第一输入端。

可选地，所述第二谐振网络包括第二电感和第二电容；

所述第二电感的第一端和所述第二电容的第一端连接形成的公共端作为所述第二谐振网络的第一输入端，所述第二电容的第二端作为所述第二谐振网络的第二输入端和所述第二谐振网络的第一输出端，所述第二电感的第二端作为所述第二谐振网络的第二输出端。

可选地，所述整流稳压模块包括整流二极管、第三电容和直流稳压电源；

所述整流二极管的第一端、所述第三电容的第一端以及所述直流稳压电源的第一端连接形成的公共端作为所述整流稳压模块的第一输入端；所述整流二极管的第二端、所述第三电容的第二端以及所述直流稳压电源的第二端连接形成的公共端作为所述整流稳压模块的第二输入端。

可选地，所述逆变电路为全桥逆变电路或半桥逆变电路。

本实用新型实施例还提供了一种电力设备，包括上述任一项所述的无线充电系统。

本实用新型实施例在能量发送端和能量接收端分别增加串联的第一谐振器件和第二谐振器件，第一谐振器件和第二谐振器件只参与谐振，不参与能量传输，这样，对于小体积、近距离以及低电压增益的无线充电系统，在原副边线圈自感较少的情况下，可以通过调节第一谐振器件和第二谐振器件的互感值以调节谐振系统的Q值，使得系统工作在频率稳定性和负载范围较宽的区间，降低了系统参数设计难度。

附图说明

图1为现有技术中双LCC无线充电电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种无线充电系统的结构示意框图；

图3为本实用新型实施例提供的无线充电系统的另一种结构示意框图；

图4为本实用新型实施例提供的风无线充电系统的一种具体电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

申请人在研究过程中发现，双LCC型谐振是一种典型的具有恒流输出特性的无线充电补偿拓扑，非常适合于做为终端充电器直接为锂电池充电。该拓扑具有效率高、频率稳定性高、负载范围宽等优势，非常适合于电池这种时变负载的场合。该双LCC无线充电电路结构可以具体如图1所示。

在双LCC系统中有：

原边线圈L_P中的电流为：

一般情况下，PFC输出后的U_in在DC400V左右，线圈电流一般控制在 10～20A，在标准频率85kHz的条件下，L_f1的值一般在30～60uH左右。但是，对于一些线圈体积受限的场景下，受原边外壳尺寸的限制，原副边线圈线盘面积和厚度一般较小，导致线圈自感值较小，无法满足L_P-L_f1>0的要求，导致参数设计失败。通过线圈多层绕制可以满足L_P-L_f1>0，但是此方法会导致的原副边谐振参数过于敏感，轻微的偏移将导致互感和系统Q值的剧烈变化，另外负载轻微变化都会可能导致谐振失败。

也就是说，在一些线圈体积受限的场景下，原副边线圈线盘和厚度一般较小，系统参数的设计难度较大。

基于此，本实用新型实施例提供一种无线充电系统，该无线充电系统的能量发送端和能量接收端均串联一个谐振器件，该谐振器件只参与谐振，不参与能量传输，通过调节谐振器件的相关数值即可调整系统参数，降低了系统参数设计难度。

请参见图2，为本实用新型实施例提供的一种无线充电系统的结构示意框图，该无线充电系统可以包括能量发送端1和能量接收端2；能量发送端1包括逆变电路11、第一谐振网络12、能量传输网络13和第一谐振器件14；能量接收端2包括第二谐振器件21、能量接收网络22、第二谐振网络23和整流稳压模块24。

逆变电路的输入端与直流输入电源连接，输出端与第一谐振网络的输入端连接；第一谐振网络的第一输出端与能量传输网络的第一端连接，能量传输网络的第二端与第一谐振器件的第一端连接，第一谐振器件的第二端与第一谐振网络的第二输出端连接。

能量接收网络的第一端与第二谐振器件的第一端连接，第二谐振器件的第二端与第二谐振网络的第一输入端连接；能量接收网络的第二端与第二谐振网络的第二输入端连接；第二谐振网络的输出端与整流稳压模块的输入端连接。

其中，上述第一谐振器件和第二谐振器件可以均为电感。当然，也可以为其他的谐振器件，例如电容，在此不作限定。在实际工作中，第一谐振器件和第二谐振器件均不参与能量传输，只参与谐振。当第一谐振器件和第二谐振器件均为电感时，通过调节第一谐振器件和第二谐振器件的互感值，可以调节谐振系统的Q值，此时，能量传输网络和能量接收网络中的线圈只需要满足传能的最小要求即可，极大地降低了系统参数设计难度。

上述逆变电路可以为全桥逆变电路，也可以为半桥逆变电路，且逆变电路的具体构成可以是任意的，例如，全桥逆变电路由四个MOS管组成。

在一些实施例中，参见图3示出的无线充电系统的另一种结构示意框图，上述能量传输网络13包括发送线圈131和能量传输器件132。能量传输器件的第一端作为能量传输网络的第一端，能量传输器件的第二端与发送线圈的第一端连接，发送线圈的第二端作为能量传输网络的第二端。

其中，上述能量传输器件可以为但不限于电容，其与发送线圈共同作用以完成能量传输。

进一步地，参见图3，上述能量接收网络22包括接收线圈221和能量接收器件222。发送线圈的第一端作为能量接收网络的第二端，发送线圈的第二端与能量接收器件的第一端连接，能量接收器件的第二端作为能量接收网络的第二端。

其中，上述能量接收器件可以为但不限于电容，其与接收线圈共同作用以完成能量接收。

可以理解的是，发送线圈和接收线圈相互配合，完成能量无线传输。当然，上述能量传输网络和能量接收网络的具体组成还可以为其它，在此不作限定。

在一些实施例中，参见图3，上述第一谐振网络12可以包括第一电感121 和第一电容122。第一电感的第一端和第一电容的第一端连接形成的公共端作为第一谐振网络的第一输出端，第一电容的第二端作为第一谐振网络的第二输出端和第一谐振网络的第二输入端，第一电感的第二端作为第一谐振网络的第一输入端。

进一步地，参见图3，上述第二谐振网络23可以包括第二电感231和第二电容232。第二电感的第一端和第二电容的第一端连接形成的公共端作为第二谐振网络的第一输入端，第二电容的第二端作为第二谐振网络的第二输入端和第二谐振网络的第一输出端，第二电感的第二端作为第二谐振网络的第二输出端。

进一步地，参见图3，整流稳压模块24包括整流二极管241、第三电容242 和直流稳压电源243。整流二极管的第一端、第三电容的第一端以及直流稳压电源的第一端连接形成的公共端作为整流稳压模块的第一输入端；整流二极管的第二端、第三电容的第二端以及直流稳压电源的第二端连接形成的公共端作为整流稳压模块的第二输入端。

具体应用中，上述第一谐振网络、第二谐振网络以及整流稳压模块的具体组成还可以为其它，在此不作限定。

为了更好地介绍本实用新型提供的无线充电系统，下面将结合图4示出的无线充电系统的一种具体电路示意图进行介绍说明。

如图4所示，其包括原边电路和副边电路，也即包括能量发送端和能量接收端。原边电路具体包括直流输入电源U_in、MOS管S₁、MOS管S₂、MOS管 S₃、MOS管S₄、电感L_f1、电容C_f1、电容C_P、自感线圈L_P以及电感L_pc，副边电路具体包括互感线圈L_S、内阻r_s、电容C_S、电容C_f2、电感L_f2、电感L_sc以及整流稳压模块R_eq，其中，整流稳压模块R_eq包括二极管、电容C_d以及直流稳压电源。

其中，全桥逆变电路包括MOS管S₁、S₂、S₃以及S₄。第一谐振网络包括电感L_f1和电容C_f1。能量传输网络包括电容C_P和自感线圈L_P。电感L_pc为第一谐振器件。能量接收网络包括互感线圈L_S和电容C_S。第二谐振网络包括电容 C_f2和电感L_f2。电感L_sc为第二谐振器件。

可以理解的是，图4和图1的区别在于电感L_pc和电感L_sc。具体应用中，通过电感L_pc和电感L_sc的互感值，即可调节谐振系统的Q值。而电感L_P和电感L_S只需满足实现传能的最小要求即可。通过引入串联电感，实现传能线圈和谐振网络品质的分开设计，极大地简化了设计约束条件。

此外，本实用新型实施例还提供了一种电力设备，该设备包括上述任意实施例的无线充电系统。该无线充电系统为紧凑型的中功率无线充电系统，即对于线圈体积受限的场景下，通过本实用新型提供的无线充电系统可以降低系统参数设计难度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种无线充电系统，其特征在于，包括能量发送端和能量接收端；所述能量发送端包括逆变电路、第一谐振网络、能量传输网络和第一谐振器件；所述能量接收端包括第二谐振器件、能量接收网络、第二谐振网络和整流稳压模块；

2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述第一谐振器件和所述第二谐振器件均为电感。

3.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述能量传输网络包括发送线圈和能量传输器件；

4.根据权利要求3所述的无线充电系统，其特征在于，所述能量接收网络包括接收线圈和能量接收器件；

5.根据权利要求4所述的无线充电系统，其特征在于，所述能量传输器件和所述能量接收器件均为电容。

6.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述第一谐振网络包括第一电感和第一电容；

7.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述第二谐振网络包括第二电感和第二电容；

8.根据权利要求1至7任一项所述的无线充电系统，其特征在于，所述整流稳压模块包括整流二极管、第三电容和直流稳压电源；

9.根据权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，所述逆变电路为全桥逆变电路或半桥逆变电路。

10.一种电力设备，其特征在于，包括上述权利要求1至9任一项所述的无线充电系统。