CN220492705U - 串并补偿的无线电能传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种串并补偿的无线电能传输系统，涉及无线电能传输领域。串并补偿的无线电能传输系统包括发射端与接收端，发射端包括全桥不控整流电路、全桥逆变电路、第一补偿网路、发射端控制器、驱动电路、无线收发电路一，接收端包括第二补偿网路、全波同步整流电路、接收端控制器、无线收发电路二。接收端松耦合变压器采用中心抽头结构，可以降低接收端线圈匝数，提高松耦合变压器匝比，有利于低压大电流无线充电系统通过单级方式实现；采用全波整流的方式比全桥整流的方式使用的功率管更少，使系统更加简单，便于同步整流方式的实现，有利于系统工作效率的提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线电能传输领域，尤其涉及一种串并补偿的无线电能传输系统。
背景技术
无线电能传输技术是区别于传统电能传输方式的一种新兴技术，由于其具有安全、便捷、可靠等众多独特优势，凭借其应用的便捷性得到了快速发展，逐步应用于消费电子、医疗电子和电动汽车等领域。
磁耦合无线电能传输技术依托松耦合变压器发射接收线圈之间的电磁感应传输能量，为了补偿松耦合变压器较大的漏感，通常需要在原边、副边加入无源补偿电路，提高传输效率。低压大电流输出场合现有技术中很多通过混合拓扑结构的方式，例如：在发射端或接收增加DC-DC变换器实现输出电压电流的控制，这些方式使得无线电能传输系统的设计变得更加的复杂，多级变换导致效率低等不足。
实用新型内容
本实用新型提供一种串并补偿的无线电能传输系统，解决了低压大电流输出场合现有技术中通过混合拓扑结构的方式使得无线电能传输系统的设计变得更加的复杂，多级变换导致效率低等不足的问题。
本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：
串并补偿的无线电能传输系统，包括发射端和接收端；发射端包括全桥不控整流电路、全桥逆变电路、第一补偿网路、发射端控制器、驱动电路和无线收发电路一；发射端采用单相交流输入与全桥不控整流电路连接，将交流电能转换为直流电能，全桥不控整流电路的输出端连接全桥逆变电路，发射端控制器控制驱动电路，驱动电路驱动全桥逆变电路将输入的直流电能转换为高频交流电能，全桥逆变电路的输出端连接第一补偿网路，实现高频交流电能到磁能的转换；
接收端包括全波同步整流电路、第二补偿网路、接收端控制器和无线收发电路二；第二补偿网路连接全波同步整流电路，将接收到的高频交流电能输出给全波同步整流电路，接收端控制器控制全波同步整流电路将高频交流电能转换为高频直流电能，并输出给负载电池进行充电；无线收发电路一、无线收发电路二用于发送或接收无线通信信号；
第二补偿网路包括接收线圈L2、接收线圈L3和补偿电容Cp；其中，接收线圈L2、接收线圈L3串联后与补偿电容Cp并联，形成LC并联谐振；
全波同步整流电路中的输出电感Lo、Co串联组成LC滤波器，接收线圈L2、L3串联组成中心抽头方式的松耦合变压器的副边，中心抽头输出连接输出电感Lo，LC滤波器接负载电池正极；接收线圈L2、L3的另一端连接两个功率管的漏极，两个功率管的源极连接负载电池负极。
作为本实用新型的进一步优选，第一补偿网路包括发射线圈L1，以及与发射线圈L1串联的补偿电容Cs，形成LC串联谐振。
作为本实用新型的进一步优选，第二补偿网路还包括有开关管Q1、Q2；当接收到的高频交变电能处于正半周时，接收线圈L3中的部分谐振电流从接收线圈中心抽头端流出经过负载后通过开关管Q2流回L3线圈；
当接收到的高频交变电能处于负半周时，接收线圈L2中的部分谐振电流从接收线圈中心抽头端流出经过负载后通过开关管Q1流回L2线圈。
作为本实用新型的进一步优选，两个功率管采用同步整流控制。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点或技术效果：
接收端松耦合变压器采用中心抽头结构，可以降低接收端线圈匝数，提高松耦合变压器匝比，有利于低压大电流无线充电系统通过单级方式实现。采用全波整流的方式比全桥整流的方式使用的功率管更少，使系统更加简单，便于同步整流方式的实现，有利于系统工作效率的提高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。
图1为串并补偿的无线电能传输系统框图；
图2为串并补偿的无线电能传输主要拓扑结构图。
实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行说明，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本实用新型实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
实施例
请参照附图1，本实用新型提供了一种串并补偿的无线电能传输系统，包括发射端和接收端，发射端包括全桥不控整流电路、全桥逆变电路、第一补偿网路、发射端控制器、驱动电路和无线收发电路一；发射端采用单相交流输入与全桥不控整流电路连接，将交流电能转换为直流电能，全桥不控整流电路的输出端连接全桥逆变电路，发射端控制器控制驱动电路，驱动电路驱动全桥逆变电路将输入的直流电能转换为高频交流电能，全桥逆变电路的输出端连接第一补偿网路，实现高频交流电能到磁能的转换。
接收端包括全波同步整流电路、第二补偿网路、接收端控制器和无线收发电路二；第二补偿网路连接全波同步整流电路，将接收到的高频交流电能输出给全波同步整流电路，接收端控制器控制全波同步整流电路将高频交流电能转换为高频直流电能，并输出给负载电池进行充电。无线收发电路一、无线收发电路二用于发送或接收无线通信信号，并将通信信号传输给发射端控制器、接收端控制器。
进一步说明，全桥逆变电路、发射线圈与补偿网路、第一补偿网路和全波同步整流的电路如图2所示。具体的，IGBT功率开关管T1、T2、T3、T4组成全桥逆变电路，其中功率开关管T1、功率开关管T2的串联支路和功率开关管T3、功率开关管T4的串联支路并联之后连接发射线圈与补偿网路。第一补偿网路采用发射线圈L1与补偿电容Cs串联组成LC串联谐振，第二补偿网路中的接收线圈L2、L3串联后与补偿电容Cp并联，形成LC并联谐振并联补偿。
进一步说明，全波同步整流电路中的输出电感Lo、Co串联组成LC滤波器，接收线圈L2、L3串联组成中心抽头方式的松耦合变压器的副边，中心抽头输出连接输出电感Lo，LC滤波器接负载电池正极，接收线圈L2、L3的另一端连接两个功率管MOSFET的漏极，两个功率管MOSFET的源极连接负载电池负极。
进一步说明，第二补偿网路还包括有开关管Q1、Q2；当接收到的高频交变电能处于正半周时，接收线圈L3中的部分谐振电流从接收线圈中心抽头端流出经过负载后通过开关管Q2流回L3线圈。当接收到的高频交变电能处于负半周时，接收线圈L2中的部分谐振电流从接收线圈中心抽头端流出经过负载后通过开关管Q1流回L2线圈。
进一步说明，两个功率管MOSFET利用IR11672同步整流芯片实现同步整流控制，降低了功率管的导通压降，提高了系统传输效率。
通过本实施案例得到的低电压大电流1000W无线充电系统，发射端线圈40匝，接收端线圈每边3匝总共6匝，磁芯采用专利号为ZL201811444401.0所设计的结构，输出电压最大28.8V,输出电流最大36A，空气气隙最大30mm，横向偏移允许20mm，纵向偏移允许10mm，系统效率最大达到93%。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.串并补偿的无线电能传输系统，其特征在于，包括发射端和接收端；发射端包括全桥不控整流电路、全桥逆变电路、第一补偿网路、发射端控制器、驱动电路和无线收发电路一；发射端采用单相交流输入与全桥不控整流电路连接，将交流电能转换为直流电能，全桥不控整流电路的输出端连接全桥逆变电路，发射端控制器控制驱动电路，驱动电路驱动全桥逆变电路将输入的直流电能转换为高频交流电能，全桥逆变电路的输出端连接第一补偿网路，实现高频交流电能到磁能的转换；
接收端包括全波同步整流电路、第二补偿网路、接收端控制器和无线收发电路二；第二补偿网路连接全波同步整流电路，将接收到的高频交流电能输出给全波同步整流电路，接收端控制器控制全波同步整流电路将高频交流电能转换为高频直流电能，并输出给负载电池进行充电；无线收发电路一、无线收发电路二用于发送或接收无线通信信号；
第二补偿网路包括接收线圈L2、接收线圈L3和补偿电容Cp；其中，接收线圈L2、接收线圈L3串联后与补偿电容Cp并联，形成LC并联谐振；
全波同步整流电路中的输出电感Lo、Co串联组成LC滤波器，接收线圈L2、L3串联组成中心抽头方式的松耦合变压器的副边，中心抽头输出连接输出电感Lo，LC滤波器接负载电池正极；接收线圈L2、L3的另一端连接两个功率管的漏极，两个功率管的源极连接负载电池负极。
2.根据权利要求1所述的串并补偿的无线电能传输系统，其特征在于，第一补偿网路包括发射线圈L1，以及与发射线圈L1串联的补偿电容Cs，形成LC串联谐振。
3.根据权利要求1所述的串并补偿的无线电能传输系统，其特征在于，第二补偿网路还包括有开关管Q1、Q2；当接收到的高频交变电能处于正半周时，接收线圈L3中的部分谐振电流从接收线圈中心抽头端流出经过负载后通过开关管Q2流回L3线圈；
当接收到的高频交变电能处于负半周时，接收线圈L2中的部分谐振电流从接收线圈中心抽头端流出经过负载后通过开关管Q1流回L2线圈。
4.根据权利要求1所述的串并补偿的无线电能传输系统，其特征在于，两个功率管采用同步整流控制。
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