CN214850650U - 一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及无线电能传输技术领域，具体公开了一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，通过电流检测电路采集流经原边发射线圈的电流信号并转化成电压信号，通过滤波相位校正电路对电压信号进行电压补偿，使其与流过发射线圈的电流信号同相，通过过零比较电路产生方波信号作为高频逆变器的驱动信号，实现了逆变器的输出电压与输出电流同相。高频逆变器加上电流检测电路、滤波相位校正电路、过零比较电路整体作为无线供电系统的负电阻元件，构造了无线供电系统的负电阻模型，进而可以构建基于负电阻模型的宇称时间对称无线供电系统，使负载端的输出功率恒定。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻。
背景技术
无线电能传输技术在近些年已经广泛地应用于电动汽车、消费电子、无人机和医疗器械等领域。但如何使负载端的输出功率保持恒定，目前还没有一个较好的解决方案。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，解决的技术问题在于：如何使负载端的输出功率保持恒定。
为解决以上技术问题，本实用新型提供一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，包括顺序连接的电流检测电路、滤波相位校正电路、过零比较电路和无线供电系统原边侧的高频逆变器；
所述电流检测电路包括顺序连接的电流互感器、电流转换器、稳压器；所述电流互感器连接所述高频逆变器的电流输出端，检测流过发射线圈的电流信号并传输至所述电流转换器；所述电流转换器将流入的电流信号转换为电压信号并传输至所述稳压器，所述稳压器将电压信号钳制在特定电压值下；
所述滤波相位校正电路包括相连接的滤波器和相位超前校正器；所述滤波器连接所述稳压器，以滤除稳压器钳制的电压信号的高频开关噪声并输入至所述相位超前校正器；所述相位超前校正器对滤波后的电压信号进行相位补偿，使其与流过所述发射线圈的电流信号同相；
所述过零比较电路包括相连接的过零比较器和方波生成器；所述过零比较器连接所述相位超前校正器，以将相位校正后的电压信号与0V进行比较，若大于0V则输出高电平至所述方波生成器，若小于0V则输出低电平至所述方波生成器；所述方波生成器在接收到高电平信号时，输出+3.3V电压信号，接收到低电平信号时，输出0V电压信号，从而产生与所述电流互感器获取的电流信号同相位和相差180度的两路互补方波用以驱动所述原边发射电路的高频逆变器工作。
优选的，所述电流转换器采用第一电阻。
优选的，所述稳压器包括第一稳压管和第二稳压管，所述第一稳压管的正极端连接所述第二稳压管的正极端，所述第一稳压管的负极端连接所述第一电阻与所述滤波器的公共端，所述第二稳压管的负极端接地。
优选的，所述滤波器采用电压跟随器。
优选的，所述相位超前校正器包括第一电容、第二电容和第二电阻；所述第一电容连接在所述电压跟随器的输出端与所述过零比较器的输入端之间；所述第二电容与所述第一电容并联连接；所述第二电阻一端连接所述过零比较器的输入端，另一端接地。
优选的，所述过零比较器采用电压比较器LM311DT。
优选的，所述方波生成器包括MOS管、二极管、第三稳压管、第四稳压管、第三电阻和第四电阻；所述MOS管的栅极连接所述电压比较器的输出端，源极连接所述第三电阻的一端，漏极连接+15V电源；所述二极管反向连接在所述MOS管的漏极和源极之间；所述第四电阻的一端连接所述第三电阻的另一端，所述第四电阻的另一端接地；所述第三稳压管的负极端连接+3.3V电源，正极端连接所述第四稳压管的负极端；所述第四稳压管的正极端接地；所述第三稳压管与所述第四稳压管的公共端连接所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接所述高频逆变器，以输出两路互补驱动信号来驱动所述高频逆变器。
优选的，所述电流互感器采用LA55-P/SP50。
本实用新型提供的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，通过电流检测电路采集流经原边发射线圈的电流信号并转化成电压信号，通过滤波相位校正电路对电压信号进行电压补偿，使其与流过发射线圈的电流信号同相，通过过零比较电路产生方波信号作为高频逆变器的驱动信号，实现了逆变器的输出电压与输出电流同相。高频逆变器加上电流检测电路、滤波相位校正电路、过零比较电路整体作为无线供电系统的负电阻元件，构造了无线供电系统的负电阻模型，进而可以构建基于负电阻模型的宇称时间对称无线供电系统，使负载端的输出功率恒定。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻的结构图；
图2是本实用新型实施例提供的图1的电路拓扑图；
图3是本实用新型实施例提供的应用图1、2所示负电阻的无线供电系统的电路拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。
本实用新型提供了一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其模块结构如图1所示，包括顺序连接的电流检测电路、滤波相位校正电路、过零比较电路和无线供电系统原边侧的高频逆变器。
电流检测电路包括顺序连接的电流互感器、电流转换器、稳压器；电流互感器连接高频逆变器的电流输出端，检测流过发射线圈的电流信号并传输至电流转换器；电流转换器将流入的电流信号转换为电压信号并传输至稳压器，稳压器将电压信号钳制在特定电压值下。
滤波相位校正电路包括相连接的滤波器和相位超前校正器；滤波器连接稳压器，以滤除稳压器钳制的电压信号的高频开关噪声并输入至相位超前校正器；相位超前校正器对滤波后的电压信号进行相位补偿，使其与流过发射线圈的电流信号同相。
过零比较电路包括相连接的过零比较器和方波生成器；过零比较器连接相位超前校正器，以将相位校正后的电压信号与0V进行比较，若大于0V则输出高电平至方波生成器，若小于0V则输出低电平至方波生成器；方波生成器在接收到高电平信号时，输出+3.3V电压信号，接收到低电平信号时，输出0V电压信号，从而产生与电流互感器获取的电流信号同相位和相差180度的两路互补方波用以驱动原边发射电路的高频逆变器工作。
如图2所示：
电流互感器采用LA55-P/SP50。电流转换器采用第一电阻R1。
稳压器包括第一稳压管DZ1和第二稳压管DZ2，第一稳压管DZ1的正极端连接第二稳压管DZ2的正极端，第一稳压管DZ1的负极端连接第一电阻R1与滤波器的公共端，第二稳压管DZ2的负极端接地。
滤波器采用电压跟随器(U4及其附属电路)。过零比较器采用电压比较器LM311DT(U6及其附属电路)。
相位超前校正器包括第一电容C7、第二电容C8和第二电阻R6；第一电容C7连接在电压跟随器的输出端与过零比较器的输入端之间；第二电容C8与第一电容C7并联连接；第二电阻R6一端连接过零比较器的输入端，另一端接地。
方波生成器包括MOS管Q5、二极管D1、第三稳压管DZ3、第四稳压管DZ4、第三电阻R9和第四电阻R10；MOS管Q5的栅极(G)连接电压比较器的输出端，源极(S)连接第三电阻R9的一端，漏极(D)连接+15V电源；二极管D1反向连接在MOS管Q5的漏极和源极之间；第四电阻R10的一端连接第三电阻R9的另一端，第四电阻R10的另一端接地；第三稳压管DZ3的负极端连接+3.3V电源，正极端连接第四稳压管DZ4的负极端；第四稳压管DZ4的正极端接地；第三稳压管DZ3与第四稳压管DZ4的公共端连接第三电阻R9与第四电阻R10的公共端连接高频逆变器。校正后的电压信号通过LM311DT电压比较器，当IN+电压大于IN-脚的输入0V时，输出高电平驱动MOS管Q5导通，在第三电阻R9和第四电阻R10中间取出电压信号为+3.3V，当IN+脚输入电压小于0V时，MOS管Q5处于截止状态，第三电阻R9和第四电阻R10中间取出电压信号为0V，最终得到正向幅值为+3.3V的方波信号，为实现对副边接收端输出电压恒压控制和系统电压增益控制提供参考。
如图3所示，为基于图1、2构建的一种无线供电系统的拓扑图。其中，L1和L2分别为发射线圈和接收线圈的自感，C1、C2为对应的谐振电容；M为发射线圈和接收线圈之间的互感；R1、R2分别为发射线圈和接收线圈的内阻；I1、I2为发射线圈和接收线圈的电流；Vin、Vinv和Vout分别为系统输入电压、逆变器输出电压和负载输出电压；IL为负载输出电流；RL为负载电阻；CL为整流桥滤波电容。该系统工作时，通过电流互感器检测发射端电流产生电流信号，然后使用RC相位超前校正器和过零比较电路产生与发射端同相位和相差180度的两路互补方波用以驱动高频逆变器的开关管工作。系统工作中，逆变器输出电压与输出电流始终处于同相，此时逆变器模型可以看作是一个负电阻，即
本实用新型实施例提供的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，通过电流检测电路采集流经原边发射线圈的电流信号并转化成电压信号，通过滤波相位校正电路对电压信号进行电压补偿，使其与流过发射线圈的电流信号同相，通过过零比较电路产生方波信号作为高频逆变器的驱动信号，实现了逆变器的输出电压与输出电流同相，可使输出功率保持恒定。高频逆变器加上电流检测电路、滤波相位校正电路、过零比较电路整体作为无线供电系统的负电阻元件，构造了无线供电系统的负电阻模型，进而可以构建基于负电阻模型的宇称时间对称无线供电系统，使负载端的输出功率恒定。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，包括顺序连接的电流检测电路、滤波相位校正电路、过零比较电路和无线供电系统原边侧的高频逆变器；
所述电流检测电路包括顺序连接的电流互感器、电流转换器、稳压器；所述电流互感器连接所述高频逆变器的电流输出端，检测流过发射线圈的电流信号并传输至所述电流转换器；所述电流转换器将流入的电流信号转换为电压信号并传输至所述稳压器，所述稳压器将电压信号钳制在特定电压值下；
所述滤波相位校正电路包括相连接的滤波器和相位超前校正器；所述滤波器连接所述稳压器，以滤除稳压器钳制的电压信号的高频开关噪声并输入至所述相位超前校正器；所述相位超前校正器对滤波后的电压信号进行相位补偿，使其与流过所述发射线圈的电流信号同相；
所述过零比较电路包括相连接的过零比较器和方波生成器；所述过零比较器连接所述相位超前校正器，以将相位校正后的电压信号与0V进行比较，若大于0V则输出高电平至所述方波生成器，若小于0V则输出低电平至所述方波生成器；所述方波生成器在接收到高电平信号时，输出+3.3V电压信号，接收到低电平信号时，输出0V电压信号，从而产生与所述电流互感器获取的电流信号同相位和相差180度的两路互补方波用以驱动所述原边发射电路的高频逆变器工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其特征在于：所述电流转换器采用第一电阻。
3.根据权利要求2所述的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其特征在于：所述稳压器包括第一稳压管和第二稳压管，所述第一稳压管的正极端连接所述第二稳压管的正极端，所述第一稳压管的负极端连接所述第一电阻与所述滤波器的公共端，所述第二稳压管的负极端接地。
4.根据权利要求3所述的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其特征在于：所述滤波器采用电压跟随器。
5.根据权利要求4所述的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其特征在于：所述相位超前校正器包括第一电容、第二电容和第二电阻；所述第一电容连接在所述电压跟随器的输出端与所述过零比较器的输入端之间；所述第二电容与所述第一电容并联连接；所述第二电阻一端连接所述过零比较器的输入端，另一端接地。
6.根据权利要求5所述的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其特征在于：所述过零比较器采用电压比较器LM311DT。
7.根据权利要求6所述的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其特征在于：所述方波生成器包括MOS管、二极管、第三稳压管、第四稳压管、第三电阻和第四电阻；所述MOS管的栅极连接所述电压比较器的输出端，源极连接所述第三电阻的一端，漏极连接+15V电源；所述二极管反向连接在所述MOS管的漏极和源极之间；所述第四电阻的一端连接所述第三电阻的另一端，所述第四电阻的另一端接地；所述第三稳压管的负极端连接+3.3V电源，正极端连接所述第四稳压管的负极端；所述第四稳压管的正极端接地；所述第三稳压管与所述第四稳压管的公共端连接所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接所述高频逆变器，以输出两路互补驱动信号来驱动所述高频逆变器。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻，其特征在于：所述电流互感器采用LA55-P/SP50。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202121490471.7U CN214850650U (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种基于原边电流检测的无线供电系统负电阻 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN214850650U true CN214850650U (zh) | 2021-11-23 |
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Country Status (1)
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