CN212343432U - 一种无线动态供电装置以及汽车座椅 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于驱动控制技术领域，尤其涉及一种无线动态供电装置以及汽车座椅，包括第一控制单元、第一变压单元、逆变单元、谐振单元、整流单元、第二控制单元以及第二变压单元，第一变压单元将输入端输入的较宽的电压升压后供给逆变单元，逆变单元只需要简单的控制逻辑即可得到波动较小的逆变电压，谐振单元再将逆变电压谐振后传输到整流单元，第二变压单元再将整流单元传输的直流电降压后传输到输出端，以使输出端为汽车座椅的用电设备供电，在该整体过程中，控制逻辑较为简单，且逆变单元能够提供波动较小的逆变电压至谐振单元，谐振单元能够保证处于最佳谐振状态工作。

Description

一种无线动态供电装置以及汽车座椅

技术领域

本实用新型属于驱动控制技术领域，尤其涉及一种无线动态供电装置以及汽车座椅。

背景技术

座椅是汽车上必不可少的设备之一，而随着座椅上用电设备越来越多，有时需要在座椅移动过程中操作用电设备，例如调节座椅前后位置、高度、加热等等，在调节过程中就需要为用电设备进行供电。

为用电设备供电时，不能采用不可靠甚至是不安全的电池进行直接供电。目前给汽车座椅实现供电的方式是采用拖拽长导线或者滑触线供电，拖拽长导线的方式导线占地方不美观，可移动距离受导线长度所限制；滑触线容易老化，容易产生火花引起安全问题。

鉴于有线供电存在的问题，目前还有采用无线供电的方式。比如采用单纯的P-S（并-串）、S-S（串-并）等电路结构，通过接收侧直接整流输出的无线供电方式，该方式输出恒流恒压效果会受到车载电池电压Vin波动的影响，而且发射端的逆变控制严重依赖于接收端输出信号反馈的通信可靠性，而在汽车上多增加通信链路又容易引起车载通信的干扰，同时，不可靠的通信中断会导致供电的中断，以及控制逻辑的中断甚至失控。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种无线动态供电装置，旨在解决现有技术中汽车座椅无线供电不够可靠，发射端逆变控制过程需要依赖接收端输出信号反馈的问题。

本实用新型实施例提供一种无线动态供电装置，应用于汽车座椅，其特征在于，包括第一控制单元、第一变压单元、逆变单元、谐振单元、整流单元、第二控制单元以及第二变压单元，所述第一控制单元分别连接所述第一变压单元以及所述逆变单元，所述第二控制单元连接所述第二变压单元；所述第一变压单元分别连接输入端以及所述逆变单元，用于将所述输入端的输入电压升压后传输到所述逆变单元；所述逆变单元还连接所述谐振单元，用于将所述第一变压单元传输的直流电转换为交流电后传输到所述谐振单元；所述谐振单元还连接所述整流单元，用于将所述逆变单元传输的交流电谐振后传输到所述整流单元；所述整流单元还连接所述第二变压单元，用于将所述谐振单元传输的交流电转换为直流电后传输到所述第二变压单元；所述第二变压单元还连接所述输出端，用于将所述整流单元传输的直流电降压后传输到所述输出端。

进一步地，所述谐振单元包括第一电感、第一电容、第二电容、发射线圈、接收线圈以及第三电容，所述第一电感一端连接所述逆变单元，所述第一电感另一端连接所述第一电容一端以及所述第二电容一端，所述第一电容另一端连接所述发射线圈一端，所述第二电容另一端连接所述发射线圈另一端，所述发射线圈感应连接所述接收线圈，所述接收线圈一端连接所述第三电容，所述接收线圈另一端以及所述第三电容另一端均连接所述整流单元。

进一步地，所述逆变单元为全桥逆变单元，包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管以及所述第四场效应管的控制极均连接所述第一控制单元，所述第一场效应管的漏极连接所述第三场效应管的源极，所述第一场效应管的源极分别连接所述谐振单元以及所述第二场效应管的漏极，所述第二场效应管的漏极分别连接所述谐振单元以及所述第四场效应管的源极，所述第二场效应管的源极连接所述第四场效应管的漏极。

进一步地，所述逆变单元为半桥逆变单元，包括第五场效应管、第六场效应管、第四电容以及第五电容，所述第五场效应管以及所述第六场效应管的控制极均连接所述第一控制单元，所述第五场效应管的漏极连接所述第四电容一端，所述第五场效应管的源极分别连接所述谐振单元以及所述第六场效应管的漏极，所述第六场效应管的源极连接所述第五电容一端，所述第四电容另一端分别连接所述谐振单元以及所述第五电容另一端。

进一步地，所述第一变压单元包括第二电感、第一二极管、第七场效应管以及第六电容，所述第二电感一端连接所述输入端，所述第二电感另一端分别连接所述第一二极管的正极以及所述第七场效应管的漏极，所述第七场效应管的控制极连接所述第一控制单元，所述第七场效应管的源极分别连接所述第六电容一端以及所述逆变单元，所述第一二极管的负极分别连接所述逆变单元以及所述第六电容另一端。

进一步地，所述整流单元包括整流桥以及第七电容，所述整流桥分别连接所述第三电容、所述接收线圈、所述第七电容以及所述第二变压单元。

进一步地，所述第二变压单元包括第八场效应管、第三电感、第二二极管以及第八电容，所述第八场效应管的控制极连接所述第二控制单元，所述第八场效应管的漏极连接所述整流单元，所述第八场效应管的源极分别连接所述第三电感一端以及所述第二二极管的负极，所述第三电感另一端分别连接所述第八电容一端以及所述输出端，所述第二二极管的正极分别连接所述整流单元、所述第八电容另一端以及所述输出端。

本实用新型还提供一种汽车座椅，包括用电设备以及上述的无线动态供电装置，所述无线动态供电装置为所述用电设备供电。

本实用新型所达到的有益效果，无线动态供电装置设有第一控制单元、第一变压单元、逆变单元、谐振单元以及整流单元，输入端的电压Vin会在一个范围内波动，第一变压单元在接收到输入端传输的电压后，会将较宽的电压升压为恒压Vbus，相对固定的恒压Vbus再供给逆变单元，逆变单元只需要简单的控制逻辑即可得到波动较小的逆变电压Vab，谐振单元再将逆变电压Vab谐振后传输到整流单元，整流单元传输直流电到第二变压单元，第二变压单元精确降压到所需的电压，并将降压后的电压传输到输出端，以使输出端为汽车座椅的用电设备供电，在该整体过程中，第一变压单元为逆变单元提供恒压，逆变单元无需根据用电设备的情况改变控制占空比或者频率，第二变压单元实现输出电压的精确控制，其控制逻辑较为简单，可靠性高，且逆变单元能够提供波动较小的逆变电压Vab至谐振单元，谐振单元能够保证处于最佳谐振状态工作。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的无线动态供电装置的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的无线动态供电装置的第一电路图；

图3是本实用新型实施例提供的无线动态供电装置的第二电路图。

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。

在本实用新型中，无线动态供电装置设有第一控制单元600、第一变压单元100、逆变单元200、谐振单元300以及整流单元400，输入端的电压Vin会在一个范围内波动，第一变压单元100在接收到输入端传输的电压后，会将较宽的电压升压为恒压Vbus，相对固定的恒压Vbus再供给逆变单元200，逆变单元200只需要简单的控制逻辑即可得到波动较小的逆变电压Vab，谐振单元300再将逆变电压Vab谐振后传输到整流单元400，整流单元400传输直流电到第二变压单元500，第二变压单元500精确降压到所需的电压，并将降压后的电压传输到输出端，以使输出端为汽车座椅的用电设备供电，在该整体过程中，第一变压单元100为逆变单元200提供恒压，逆变单元200无需根据用电设备的情况改变控制占空比或者频率，第二变压单元500实现输出电压的精确控制，其控制逻辑较为简单，可靠性高，且逆变单元200能够提供波动较小的逆变电压Vab至谐振单元300，谐振单元300能够保证处于最佳谐振状态工作。

实施例一

参考图1，本实施例一提供种无线动态供电装置，应用于汽车座椅，包括第一控制单元600、第一变压单元100、逆变单元200、谐振单元300以及整流单元400，第一控制单元600分别连接第一变压单元100以及逆变单元200；

第一变压单元100分别连接输入端以及逆变单元200，用于将输入端的输入电压转换为恒压后传输到逆变单元；

逆变单元200还连接谐振单元300，用于将第一变压单元100传输的直流电转换为交流电后传输到谐振单元300；

谐振单元300还连接整流单元400，用于将逆变单元200传输的交流电谐振后传输到整流单元400；

整流单元400还连接输出端，用于将谐振单元300传输的交流电转换为直流电后传输到输出端。

在本实施例中，输入端接车载电池，车载电池通过输入端向第一变压单元100传输波动较大的电压，其范围一般为9-16V，第一变压单元100将电压升压调节到一个相对固定的电压Vbus，相对固定的电压Vbus传输到逆变单元200，逆变单元200再将第一变压单元100传输的直流电转换为交流电，也就是得到波动较小的逆变电压Vab，并将交流电传输到谐振单元300，谐振单元300选择合适的谐振参数，进行谐振后输出交流电到整流单元400，也就是输出电压Voc到整流单元400，整流单元400再将交流电转换为直流电，并通过输出端输出到汽车座椅上的用电设备，以供电驱动用电设备工作。

若是车载电池通过输入端直接向谐振单元300传输波动较大的电压，谐振单元300选定谐振参数后输出功率及能效会因输入电压出现较大的波动，难以实现用电设备对恒流的需求；而在本实施例的无线动态供电装置中，发射侧无需根据用电设备的情况改变控制占空比或者频率，即无需接收侧的通信反馈，便能实现较为简单的逆变控制，可靠性高，且逆变单元200能够提供波动较小的逆变电压Vab至谐振单元300，谐振单元300能够保证处于最佳谐振状态工作。

实施例二

参考图2和图3，在实施例一的基础上，本实施例二的谐振单元300包括第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、发射线圈Lp、接收线圈Ls以及第三电容C3，第一电感L1一端连接逆变单元200，第一电感L1另一端连接第一电容C1一端以及第二电容C2一端，第一电容C1另一端连接发射线圈Lp一端，第二电容C2另一端连接发射线圈Lp另一端，发射线圈Lp感应连接接收线圈Ls，接收线圈Ls一端连接第三电容C3，接收线圈Ls另一端以及第三电容C3另一端均连接整流单元400。

第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2和发射线圈Lp组成原边谐振回路，接收线圈Ls和第三电容C3组成副边谐振回路，能量通过发射线圈Lp发射到接收线圈Ls，发射线圈Lp与接收线圈Ls相互耦合，接收线圈Ls获得时变的感应电压源，以传输到后续的整流单元400。在上述过程中，相对稳定的逆变电压Vab传输到原边谐振回路中，通过设定合适的参数，使电路工作在谐振状态下，此时发射线圈Lp的电流Ip匹配至一个较小值，减少发射线圈Lp的损耗和发热量；同时，由于逆变电压Vab波动比较小，而Voc=j*w*M*Ip，Voc为接收端开路电压，Ip为发射端电流，w为系统角频率，M为耦合系数，以及该电路结构特性为发射端电流Ip与负载电阻RL的变化及耦合系数M的变化无关，只和输入的逆变电压Vab成正比，所以，电压Voc也是相对稳定的，谐振单元300将电压Voc传输到整流单元400，便能实现精准的恒压恒流功能。

实施例三

参考图2，在实施例二的基础上，本实施例三的逆变单元200为全桥逆变单元，包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3以及第四场效应管Q4，第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3以及第四场效应管Q4的控制极均连接第一控制单元600，第一场效应管Q1的漏极连接第三场效应管Q3的源极，第一场效应管Q1的源极分别连接谐振单元300以及第二场效应管Q2的漏极，第二场效应管Q2的漏极分别连接谐振单元300以及第四场效应管Q4的源极，第二场效应管Q2的源极连接第四场效应管Q4的漏极。

第一场效应管Q1和第二场效应管Q2组成一组桥，第三场效应管Q3和第四场效应管Q4组成另外一组桥，在第一控制单元600的控制下，两组桥交替导通，以实现将第一变压单元100传输的直流电转换为交流电，并将交流电传输到谐振单元300。

实施例四

参考图3，在实施例二的基础上，本实施例四的逆变单元200为半桥逆变单元，包括第五场效应管、第六场效应管、第四电容以及第五电容，第五场效应管以及第六场效应管的控制极均连接第一控制单元600，第五场效应管的漏极连接第四电容一端，第五场效应管的源极分别连接谐振单元300以及第六场效应管的漏极，第六场效应管的源极连接第五电容一端，第四电容另一端分别连接谐振单元300以及第五电容另一端。

第五场效应管和第四电容组成一组桥，第六场效应管和第五电容组成另外一组桥，在第一控制单元600的控制下，两组桥交替导通，以实现将第一变压单元100传输的直流电转换为交流电，并将交流电传输到谐振单元300。

半桥逆变单元与全桥逆变单元两者相比，半桥逆变单元只需设有两个场效应管，成本较低，全桥逆变单元需要设有四个场效应管，成本较高，但全桥逆变单元的逆变效率高于全桥逆变单元，能有较大的工作电流输出。

实施例五

参考图2和图3，在实施例三或四的基础上，本实施例五的第一变压单元100包括第二电感L2、第一二极管D1、第七场效应管Q7以及第六电容C6，第二电感L2一端连接输入端，第二电感L2另一端分别连接第一二极管D1的正极以及第七场效应管Q7的漏极，第七场效应管Q7的控制极连接第一控制单元600，第七场效应管Q7的源极分别连接第六电容C6一端以及逆变单元200，第一二极管D1的负极分别连接逆变单元200以及第六电容C6另一端。

第一变压单元100为boost电路，通过第七场效应管Q7导通和关断来控制第二电感L2储存和释放能量，从而使输出电压比输入电压高，能够完成升压过程。具体而言，在充电过程中，第七场效应管Q7导通，这时，输入电压流过第二电感L2，第一二极管D1防止第六电容C6对地放电。由于输入到第二电感L2的是直流电，所以第二电感L2上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着第二电感L2电流增加，第二电感L2里储存了一些能量。在放电过程中，第七场效应管Q7断开，由于第二电感L2的电流保持特性，流经第二电感L2的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是第二电感L2只能通过新电路放电，即第二电感L2开始给第六电容C6充电，第六电容C6两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，即升压完毕。升压过程是一个能量传递过程，充电时，第二电感L2吸收能量，放电时第二电感L2放出能量，如果第六电容C6量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流，在第一控制单元600的控制下，第七场效应管Q7的通断过程不断重复，就可以在第六电容C6两端得到高于输入电压的电压。

实施例六

参考图2和图3，在实施例五的基础上，本实施例六的整流单元400包括整流桥BD1以及第七电容C7，整流桥BD1分别连接第三电容C3、接收线圈Ls、第七电容C7以及第二变压单元500。

整流桥BD1设有四个二极管，当交流电为正半波时，其中两个二极管参与工作，构成回路，当交流电为负半波时，另外两个二极管参与工作，构成回路，第七电容C7起到保护作用，从而，整流单元400实现将交流电转换为直流电的过程，并将直流电传输到输出端，以供用电设备使用。

实施例七

参考图1，在实施例一至七任一基础上，本实施例七的无线动态供电装置还包括第二控制单元700以及第二变压单元500，第二变压单元500分别连接整流单元400以及输出端，整流单元400将谐振单元300传输的交流电转换为直流电后传输到第二变压单元500，第二变压单元500将整流单元400传输的直流电转换为恒压，并实现降压后传输到输出端，输出端输出恒压Vout到用电设备。

根据与输出端连接的用电设备的工作需求，第二变压单元500能够对用电设备所需要的恒压或者恒流参数实现精确控制，从而实现对用电设备的供电驱动。

实施例八

参考图2和图3，在实施例七的基础上，本实施例八的第二变压单元500包括第八场效应管Q8、第三电感L3、第二二极管D2以及第八电容C8，第八场效应管Q8的控制极连接第二控制单元700，第八场效应管Q8的漏极连接整流单元400，第八场效应管Q8的源极分别连接第三电感L3一端以及第二二极管D2的负极，第三电感L3另一端分别连接第八电容C8一端以及输出端，第二二极管D2的正极分别连接整流单元400、第八电容C8另一端以及输出端。

第二变压单元500为buck电路，输出电压比输入电压低，能够完成降压过程。当第八场效应管Q8导通时，输入电压高于输出电压，这时候第二二极管D2是处于关断状态，电流流过第三电感L3给其充电。当第八场效应管Q8关断时，电源的输入电流被切断，第三电感L3产生方向感应电动势左负右正阻碍电流的变化，这时候第二二极管D2处于导通状态，同时第三电感L3所储的电能给输出端供电，于是第三电感L3、输出端和第二二极管D2构成回路。通过第二控制单元700控制第八场效应管Q8的通断，使得第八场效应管Q8的通断过程不断重复，满足用电设备的工作需求，实现降压过程，把电压输出成用电设备所需要的恒压或者恒流，且第二变压单元500能够实现短路保护和低纹波输出等功能。

实施例九

在实施例一至八任一基础上，本实施例九的汽车座椅包括用电设备以及上述无线动态供电装置，无线动态供电装置为用电设备供电。

在本实用新型中，无线动态供电装置设有第一控制单元600、第一变压单元100、逆变单元200、谐振单元300以及整流单元400，输入端的电压Vin会在一个范围内波动，第一变压单元100在接收到输入端传输的电压后，会将较宽的电压升压为恒压Vbus，相对固定的恒压Vbus再供给逆变单元200，逆变单元200只需要简单的控制逻辑即可得到波动较小的逆变电压Vab，谐振单元300再将逆变电压Vab谐振后传输到整流单元400，整流单元400传输直流电到输出端，以使输出端为汽车座椅的用电设备供电，在该整体过程中，第一变压单元100为逆变单元200提供恒压，逆变单元200无需根据用电设备的情况改变控制占空比或者频率，其控制逻辑较为简单，可靠性高，且逆变单元200能够提供波动较小的逆变电压Vab至谐振单元300，谐振单元300能够保证处于最佳谐振状态工作。还设有第二变压单元500，根据与输出端连接的用电设备的工作需求，第二变压单元500能够对电压进行精确的降压处理，为用电设备提供所需要的恒压或者恒流，实现对用电设备的供电驱动。

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 (8)

1.一种无线动态供电装置，应用于汽车座椅，其特征在于，包括第一控制单元、第一变压单元、逆变单元、谐振单元、整流单元、第二控制单元以及第二变压单元，所述第一控制单元分别连接所述第一变压单元以及所述逆变单元，所述第二控制单元连接所述第二变压单元；

所述第一变压单元分别连接输入端以及所述逆变单元，用于将所述输入端的输入电压升压后传输到所述逆变单元；

所述逆变单元还连接所述谐振单元，用于将所述第一变压单元传输的直流电转换为交流电后传输到所述谐振单元；

所述谐振单元还连接所述整流单元，用于将所述逆变单元传输的交流电谐振后传输到所述整流单元；

所述整流单元还连接所述第二变压单元，用于将所述谐振单元传输的交流电转换为直流电后传输到所述第二变压单元；

所述第二变压单元还连接输出端，用于将所述整流单元传输的直流电降压后传输到所述输出端。

2.如权利要求1所述的无线动态供电装置，其特征在于，所述谐振单元包括第一电感、第一电容、第二电容、发射线圈、接收线圈以及第三电容，所述第一电感一端连接所述逆变单元，所述第一电感另一端连接所述第一电容一端以及所述第二电容一端，所述第一电容另一端连接所述发射线圈一端，所述第二电容另一端连接所述发射线圈另一端，所述发射线圈感应连接所述接收线圈，所述接收线圈一端连接所述第三电容，所述接收线圈另一端以及所述第三电容另一端均连接所述整流单元。

3.如权利要求2所述的无线动态供电装置，其特征在于，所述逆变单元为全桥逆变单元，包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管以及所述第四场效应管的控制极均连接所述第一控制单元，所述第一场效应管的漏极连接所述第三场效应管的源极，所述第一场效应管的源极分别连接所述谐振单元以及所述第二场效应管的漏极，所述第二场效应管的漏极分别连接所述谐振单元以及所述第四场效应管的源极，所述第二场效应管的源极连接所述第四场效应管的漏极。

4.如权利要求2所述的无线动态供电装置，其特征在于，所述逆变单元为半桥逆变单元，包括第五场效应管、第六场效应管、第四电容以及第五电容，所述第五场效应管以及所述第六场效应管的控制极均连接所述第一控制单元，所述第五场效应管的漏极连接所述第四电容一端，所述第五场效应管的源极分别连接所述谐振单元以及所述第六场效应管的漏极，所述第六场效应管的源极连接所述第五电容一端，所述第四电容另一端分别连接所述谐振单元以及所述第五电容另一端。

5.如权利要求3或4所述的无线动态供电装置，其特征在于，所述第一变压单元包括第二电感、第一二极管、第七场效应管以及第六电容，所述第二电感一端连接所述输入端，所述第二电感另一端分别连接所述第一二极管的正极以及所述第七场效应管的漏极，所述第七场效应管的控制极连接所述第一控制单元，所述第七场效应管的源极分别连接所述第六电容一端以及所述逆变单元，所述第一二极管的负极分别连接所述逆变单元以及所述第六电容另一端。

6.如权利要求5所述的无线动态供电装置，其特征在于，所述整流单元包括整流桥以及第七电容，所述整流桥分别连接所述第三电容、所述接收线圈、所述第七电容以及所述第二变压单元。

7.如权利要求1所述的无线动态供电装置，其特征在于，所述第二变压单元包括第八场效应管、第三电感、第二二极管以及第八电容，所述第八场效应管的控制极连接所述第二控制单元，所述第八场效应管的漏极连接所述整流单元，所述第八场效应管的源极分别连接所述第三电感一端以及所述第二二极管的负极，所述第三电感另一端分别连接所述第八电容一端以及所述输出端，所述第二二极管的正极分别连接所述整流单元、所述第八电容另一端以及所述输出端。

8.一种汽车座椅，其特征在于，包括用电设备以及如权利要求1至7任一项所述的无线动态供电装置，所述无线动态供电装置为所述用电设备供电。

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