CN220022417U - 一种无线供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种无线供电系统，包括供电电源、发射电路、接收电路；发射电路与供电电源电连接，用于将供电电源传输过来的电能转换为电磁能；接收电路设置在用电设备上，用于耦合电磁能，并将电磁能转为电能，供用电设备使用。通过发射电路与接收电路耦合，将交流市电转换为直流电，并将直流电能转换为电磁能，在用电装置中接收电路耦合后将电磁能转换为电能，实现了无线充电，解决了线缆充电，存在不方便、长时间使用接触不良及防水难的问题。

Description

一种无线供电系统

技术领域

本申请属于无线充电技术领域，尤其涉及一种无线供电系统。

背景技术

现有技术中，在进行充电时，一般采用线缆充电。但是线缆充电往往存在一些问题：

1)专门的充电器携带不方便；

2)插头插座使用较为频繁，容易导致接触不良，与充电器连接的线缆长期使用后容易出现断裂的问题；

3)户外使用时，具有防水难问题。

实用新型内容

现有的线缆充电，存在不方便、长时间使用接触不良及防水难的问题。

针对上述问题，提出一种无线供电系统，通过发射电路与接收电路耦合，将交流市电转换为直流电，并将直流电能转换为电磁能，在用电装置中接收电路耦合后将电磁能转换为电能，实现了无线充电，解决了线缆充电，存在不方便、长时间使用接触不良及防水难的问题。

一种无线供电系统，包括：

供电电源；

发射电路；

接收电路；

所述发射电路与所述供电电源电连接，用于将所述供电电源传输过来的电能转换为电磁能，形成交变电磁场；

所述接收电路设置在用电设备上，用于耦合所述发射电路，并将所述电磁能转为电能，供用电设备使用。

结合本实用新型所述的无线供电系统，第一种可能的实施方式中，所述发射电路包括：

第一MCU；

半桥电路；

驱动电路；

发射线圈；

第一匹配网络；

第一通讯模块；

所述半桥电路的第一端与所述供电电源电连接；

所述驱动电路的第一端、第一通讯模块分别与所述第一MCU电连接；

所述驱动电路的第二端与所述半桥电路的第二端电连接；

所述第一匹配网络的第一端、第二端分别与所述半桥电路的第三端、发射线圈电连接。

结合本实用新型第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述发射电路还包括：

辅助电源；

第一保护电路；

所述辅助电源、半桥电路的第一端、供电电源共接；

所述第一保护电路的第一端、第二端分别与所述驱动电路的第三端、匹配网络的第三端电连接。

结合本实用新型所述的无线供电系统，第三种可能的实施方式中，所述接收电路包括：

第二MCU；

第二匹配网络；

信号解调器；

采样电路；

整流滤波电路；

第二保护电路；

第二通讯模块；

接收线圈；

所述第二通讯模块、采样电路的第一端、信号解调器的第一端分别与所述第二MCU电连接；

所述第二匹配网络的第一端与所述接收线圈电连接；

所述第二匹配网络的第二端、第三端分别与所述信号解调器的第二端、第二保护电路的第一端电连接；

所述第二保护电路的第二端与所述采样电路的第二端电连接；

所述第二保护电路的第三端与整流滤波电路的第一端电连接；

所述整流滤波电路的第二端与用电设备电连接。

结合本实用新型第三种可能的实施方式，第四种可能的实施方式中，所述接收电路还包括：

提示装置；

所述提示装置与所述第二MCU电连接。

结合本实用新型第二种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述发射线圈围成的内径为传输距离的2倍。

结合本实用新型第五种可能的实施方式，第六种可能的实施方式中，所述半桥电路输出方波频率为200K-300K。

结合本实用新型所述的无线供电系统，第七种可能的实施方式中，所述无线供电系统输出功率为1000W，所述无线供电系统传输距离为50cm。

结合本实用新型第四种可能的实施方式，第八种可能的实施方式中，所述采样电路包括：

电流互感器；

所述电流互感器用于采样电路电流。

结合本实用新型第四种可能的实施方式，第九种可能的实施方式中，所述第二匹配网络中的谐振电容为：

贴片电容阵列。

实施本实用新型所述的无线供电系统，通过发射电路与接收电路耦合，将交流市电转换为直流电，并将直流电能转换为电磁能，在用电装置中接收电路耦合后将电磁能转换为电能，实现了无线充电，解决了线缆充电，存在不方便、长时间使用接触不良及防水难的问题。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种无线供电系统电路连接示意图；

图2是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的发射电路连接示意图；

图3是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的接收电路连接示意图；

图4是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的线圈第一示意图；

图5是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的线圈第二示意图；

组成部件符号：110——供电电源、120——发射电路、130——接收电路、121——第一MCU、122——半桥电路、123——驱动电路、124——发射线圈、125——第一匹配网络、126——第一通讯模块、127——第一保护电路、128——辅助电源、131——第二MCU、132——第二匹配网络、1321——贴片电容阵列、133——信号解调器、134——采样电路、1341——电流互感器、135——整流滤波电路、136——第二保护电路、137——第二通讯模块、138——接收线圈、139——提示装置。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请中的术语“连接”可以是直接连接，也可以是通过第三方元件间接连接。

现有的线缆充电，存在不方便、长时间使用接触不良及防水难的问题。

针对上述问题，提出一种无线供电系统。

一种无线供电系统，如图1，图1是本申请实施例提供的一种无线供电系统电路连接示意图；包括供电电源110、发射电路120及接收电路130。发射电路120与供电电源110电连接，用于将供电电源110传输过来的电能转换为电磁能；接收电路130设置在用电设备上，用于耦合电磁能，并将电磁能转为电能，供用电设备使用。通过发射电路120与接收电路130耦合，将交流市电转换为直流电，并将直流电能转换为电磁能，在用电装置中接收电路130耦合后将电磁能转换为电能，实现了无线充电，解决了线缆充电，存在不方便、长时间使用接触不良及防水难的问题。

发射电路120通过内部处理电路处理后将电能转换为电磁能，由发射线圈124向外发射，在发射线圈124附近形成一个交变电磁场。

接收电路130中的接收线圈138在进入传输距离后，与发射线圈124耦合，接收电磁能，再经过内部的处理电路处理后，转换为特定电压的电能，供给用电装置。

发射电路120可以安装到固定位置，与市电相连，当接收电路130接近发射电路120一定距离(进入到有效磁场范围内)，就可以实现给用电设备无线供电。

进一步地，如图2，图2是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的发射电路120连接示意图；发射电路120包括第一MCU121、半桥电路122、驱动电路123、发射线圈124、第一匹配网络125及第一通讯模块126。

具体的，半桥电路122的第一端与供电电源110电连接；驱动电路123的第一端、第一通讯模块126分别与第一MCU121电连接；驱动电路123的第二端与半桥电路122的第二端电连接；第一匹配网络125的第一端、第二端分别与半桥电路的第三端、发射线圈124电连接。

进一步地，发射电路120还包括辅助电源128及第一保护电路127；辅助电源128、半桥电路122的第一端、供电电源110共接；第一保护电路127的第一端、第二端分别与驱动电路123的第三端、匹配网络的第三端电连接。

第一MCU121向驱动电路123传输控制指令，驱动电路123驱动半桥电路122将市电的380V转换为频率可调的方波电压。发射线圈124和第一匹配网络125将方波电压转换成正弦波电流，正弦波电流通过发射线圈124后产生交变磁场。

第一通讯模块126与第二通讯模块137用于发射电路120与接收电路130之间进行通讯，传递信息，接收电路130通过第二通讯模块137与第一通讯模块126向发射电路120发送控制指令。

第一通讯模块126与第二通讯模块137可以为433无线通讯模块。第一保护电路127用于确保发射电路120在异常使用的情况下安全关机。

辅助电源128用于向发射电路120进行供电，将市电380V/220V转换成12V，或者其他发射电路120运行所需的电压。

通过调节方波电压的频率可以调节传递到接收电路130功率的大小，在本实施例中，方波电压的频率工作范围为200K到300K。

值得注意的是，由于应用场景的不同，方波电压的频率工作范围也可能不同。

在有的实施方式中，通过调节方波电压的频率可以调节传递到接收电路130功率的大小，可以具体实施为：

发射电路120首先对接收电路130进行定位，通过第一MCU121、驱动电路123调节半桥电路122输出方波电压的频率，例如第一MCU121发一串数据11001010，控制方波频率按慢慢快快慢快慢快变化，从而使得接收电路130解调出来的电压状态为：高高低低高低高低。

发射电路120可以通过产生的交变磁场将自己的ID号发送给接收电路130。

发射电路120上电后，处于待机模式，此时输出功率很小，但输出一个低强度的交变磁场，当接收电路130靠近时，会收到发射单元通过磁场传递的信息，接收电路130与发射电路120建立通讯连接，从而开启充电模式。

进入充电模式后，发射电路120根据接收电路130的指令来调节方波电压频率。

在初始阶段方波电压频率由高慢慢变低，对应的接收电路130的电压就会由低慢慢变高，此过程为软启动，当接收电路130接收的电压达到设定电压的95％，软启动阶段结束，进入动态跟随阶段，这个阶段接收电路130会根据电压变化来通知调整发射电路120的方波电压频率，例如接收电路130检测到接收电压不足，就会通知发射电路120降低一格频率，如果仍然不足，就会继续降低一格频率，直至电压满足设定要求，同理，假如接收到的电压偏高，接收电路130就会通知发射电路120提高一格频率。如果接收电路130检测到负载停止用电，则会通知发射电路120停止充电，进入待机模式。

在有的实施方式中，发射电路120可以包括LED指示灯来显示供电状态，每1.5秒快闪两次为正在供电，当发射电路120处于待机模式时，LED指示灯熄灭。

在本实施例中，如图4和5，图4是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的线圈第一示意图，图5是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的线圈第二示意图；发射线圈124围成图形的边长或者直径至少为传输距离L的2倍，此时能满足无线充电的需要。

发射线圈124的匝数可以根据谐振频率选择，一般感量在几十uH到几百uH，具体参数根据应用场景决定。

发射线圈124需要用多股漆包线(也称利兹线)绕制，以减小高频电流的趋肤效应，同时也要增加加外绝缘层，因为发射线圈124在大功率谐振时，会产生几千伏特的电压，对线材的绝缘性能要求较高，而且绝缘层的厚度能够减小发射线圈124的匝间电容，对提高效率有利。

发射线圈124内圈的出线需要加双层套管，以防被高电压击穿。

发射线圈124背面需要贴导磁材料，用来引导背面的磁场路径，提高正面磁场强度。导磁材料需要分层贴合，以减小涡流效应。发射线圈124需要一个强度合适的骨架，骨架需要支撑起线圈和磁片的重量。发射电路120安装场景远离金属物体，减小涡流损耗。

进一步地，如图3，图3是本申请实施例提供的一种无线供电系统中的接收电路130连接示意图；接收电路130包括第二MCU131、第二匹配网络132、信号解调器133、采样电路134、整流滤波电路135、第二保护电路136、第二通讯模块137及接收线圈138。

具体的，第二通讯模块137、采样电路134的第一端、信号解调器133的第一端分别与第二MCU131电连接；第二匹配网络132的第一端与接收线圈138电连接；第二匹配网络132的第二端、第三端分别与信号解调器133的第二端、第二保护电路136的第一端电连接。

第二保护电路136的第二端与采样电路的第二端电连接。

第二保护电路136的第三端与整流滤波电路135的第一端电连接。

整流滤波电路135的第二端与用电设备电连接。

进一步地，接收电路130还包括提示装置139；提示装置139与第二MCU131电连接。

接收线圈138将交变磁场转换成交变电流，第二匹配网络132和接收线圈138配合组成LC谐振回路，跟发射电路120的磁场频率相匹配以获得发射线圈124传递的能量。

交变电流经过整流滤波电路135后变成直流电压供给用电装置。

第二MCU131控制电路从采样电路134中获取电压和电流值，经过运算后发出对应的控制指令。

第二保护电路136用来确保整个接收电路130在异常使用的情况下安全关机，不会因错误操作而损坏。信号解调器133用于解调发射电路120调制在交变磁场中发送的信息。

接收电路130还通过第二通讯模块137(433无线通讯模块)向发射电路120收发信息。

本实施例中的提示装置139可以包括蜂鸣器及LED指示灯。蜂鸣器可以用于故障报警，当实际安装操作与设备规定值不符时，会触发报警电路。

接收电路130靠近发射电路120后，接收电路130会接收到发射电路120在待机模式下产生的低强度交变磁场，该交变磁场产生的能量仅仅能维持接收电路130内部电路工作，不能用来充电，当发射线圈124和接收线圈138正对时，蜂鸣器会发出提示音，接收电路130收到交变磁场中调制的信息，接收电路130利用这个信息与发射电路120建立通讯，开启充电模式，接收电路130读取接收到的电压和电流，与程序设定值比较后，会给发射电路120发出调节指令，令其调节频率来改变电压，使电压跟程序设定值匹配，当负载停止用电，接收电路130会发出停止供电信息，发射电路120便转入待机模式。

在本申请实施方式中，应选择尽可能大的接收线圈138面积。

接收线圈138的匝数可以根据谐振频率选择，各项参数跟发射线圈124相对应接近。

接收线圈138需要用多股漆包线，以减小高频电流的趋肤效应，同时也要外层加绝缘层，因为接收线圈138在大功率运行谐振时，会产生几千伏特的电压，而且绝缘层的厚度能够减小接收线圈138的匝间电容。

在本实施例中，接收线圈138内圈的出线需要加双层套管，以防被高电压击穿。接收线圈138背面需要贴导磁材料，用来引导背面的磁场路径，减小辐射到接收线圈138后面磁场强度。

辐射到接收线圈138后面的磁场强度会损失部分能量，降低整机效率，同时还会干扰接收板上的电路，使其不能正常工作。

本申请实施方式中的导磁材料需要分层和分割贴合，以减小涡流效应。安装位置尽量远离大的金属物件。

在本申请实施方式中，为了提高效率，采用由接收电路130通过第二通讯模块137、第一通讯模块126进行无线通讯来控制发射电路120，从而调整接收到的电压，在接收电路130不必增加DC-DC电路来调整电压，不仅提高了效率，还节约了成本。

调配发射线圈124和匹配电路的参数，找到效率最高的工作点。采样电路134中利用电流互感器1341采样电流，而不是用传统的电阻取样，也能减小损耗和发热。

整流二极管的选择很关键，既要有足够的耐压，也要有足够低的正向电压，还要有非常短的反向恢复时间。

本实施例中的第二保护电路136保护，在软件保护失效或者来不及时启动，相比软件保护，硬件保护的优点是反应更快，可靠性更高。

在本申请实施方式中，第二匹配网络132所用的谐振电容由传统的单个电容改为贴片电容阵列1321，让谐振电容的工作温度大幅下降。

优选地，本申请实施方式中无线供电系统输出功率为1000W，无线供电系统传输距离L为50cm。

实施本实用新型的无线供电系统，通过发射电路120与接收电路130耦合，将交流市电转换为直流电，并将直流电能转换为电磁能，在用电装置中接收电路130耦合后将电磁能转换为电能，实现了无线充电，解决了线缆充电，存在不方便、长时间使用接触不良及防水难的问题。

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

Claims (9)

1.一种无线供电系统，其特征在于，包括：

供电电源；

发射电路；

接收电路；

所述发射电路与所述供电电源电连接，用于将所述供电电源传输过来的电能转换为电磁能，形成交变电磁场；

所述接收电路设置在用电设备上，用于耦合所述发射电路，并将所述电磁能转为电能，供用电设备使用；

所述发射电路包括：

第一MCU；

半桥电路；

驱动电路；

发射线圈；

第一匹配网络；

第一通讯模块；

所述半桥电路的第一端与所述供电电源电连接；

所述驱动电路的第一端、第一通讯模块分别与所述第一MCU电连接；

所述驱动电路的第二端与所述半桥电路的第二端电连接；

所述第一匹配网络的第一端、第二端分别与所述半桥电路的第三端、发射线圈电连接。

2.如权利要求1所述的无线供电系统，其特征在于，所述发射电路还包括：

辅助电源；

第一保护电路；

所述辅助电源、半桥电路的第一端、供电电源共接；

所述第一保护电路的第一端、第二端分别与所述驱动电路的第三端、匹配网络的第三端电连接。

3.如权利要求2所述的无线供电系统，其特征在于，所述接收电路包括：

第二MCU；

第二匹配网络；

信号解调器；

采样电路；

整流滤波电路；

第二保护电路；

第二通讯模块；

接收线圈；

所述第二通讯模块、采样电路的第一端、信号解调器的第一端分别与所述第二MCU电连接；

所述第二匹配网络的第一端与所述接收线圈电连接；

所述第二匹配网络的第二端、第三端分别与所述信号解调器的第二端、第二保护电路的第一端电连接；

所述第二保护电路的第二端与所述采样电路的第二端电连接；

所述第二保护电路的第三端与整流滤波电路的第一端电连接；

所述整流滤波电路的第二端与用电设备电连接。

4.如权利要求3所述的无线供电系统，其特征在于，所述接收电路还包括：

提示装置；

所述提示装置与所述第二MCU电连接。

5.如权利要求4所述的无线供电系统，其特征在于，所述发射线圈围成的内径为传输距离的2倍。

6.如权利要求5所述的无线供电系统，其特征在于，所述半桥电路输出方波频率为200K-300K。

7.如权利要求6所述的无线供电系统，其特征在于，所述采样电路包括：

电流互感器；

所述电流互感器用于采样电路电流。

8.如权利要求7所述的无线供电系统，其特征在于，所述第二匹配网络中的谐振电容为：

贴片电容阵列。

9.如权利要求1-8任一所述的无线供电系统，其特征在于，所述无线供电系统输出功率为1000W，所述无线供电系统传输距离为50cm。