[发明专利]一种新型无线电能传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输系统，属于无线充电领域。

背景技术

无线电能传输技术是通过线圈耦合传递能量，相比于传统导线连接的电能传输方式更加灵活、安全、可靠。磁耦合谐振式无线电能传输技术对频率要求严格，偏离谐振频率时系统效率下降严重，使用频率跟踪技术可以使系统始终工作在谐振频率，从而提高系统的传输效率。传统的频率跟踪方法使用锁相环基于逆变器输出电压、电流来实现频率跟踪，但当系统工作于过耦合区域即ωM/R大于1时，此种方法会受频率分裂现象即存在3个频率使逆变器输出电压、电流相位差为零的影响。本发明设计一种新型无线电能传输系统，采用一种新的频率跟踪方法，使系统始终工作在谐振频率而不受频率分裂现象的影响，从而提高系统效率。

发明内容

本发明设计一种新型无线电能传输系统，包括：整流滤波单元1、高频逆变单元、原边补偿单元、发射线圈、接收线圈、副边补偿单元、整流滤波单元2、电池负载、检测单元、波形调理单元、锁相单元、驱动单元；电网电压经整流滤波单元1整流滤波后变为直流电，连接到高频逆变单元变为高频交流电，高频逆变单元连接到原边补偿单元，原边补偿单元由电容组成并与发射线圈串联组成串联谐振网络，发射线圈和接收线圈之间耦合传递能量，副边补偿单元由电容组成并与接收线圈串联组成串联谐振网络连接到整流滤波单元2，整流滤波单元2连接到电池负载，检测单元检测副边补偿单元中电容两端电压并将检测信号接入与波形调理单元，波形调理单元将正弦波信号变为方波信号接入锁相单元，锁相单元输出驱动信号接入驱动单元，驱动单元与高频逆变单元连接。

所述检测单元包括霍尔电压传感器，用于检测副边补偿单元中电容两端电压。

所述波形调理单元包括电压比较器芯片LM311等元件。

所述锁相单元包括CD4046锁相环芯片，用于改变压控振荡器输出频率使逆变单元输出电压与副边补偿单元中电容两端电压同相。

所述发射线圈为圆形平面螺旋线圈，由600股直径为0.1mm的漆包线绞合成的利兹线绕成，最外匝直径为400mm，共9匝，匝间距为4mm，发射线圈置于厚度为2mm的铁氧体平板磁芯上。所述接收线圈与发射线圈结构相同，相距200mm，置于厚度为2mm的铁氧体平板磁芯下。

附图说明

图1为系统结构框图；

图2为波形调理单元电路图；

图3为锁相单元电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明所述无线电能传输系统包括：整流滤波单元1、高频逆变单元、原边补偿单元、发射线圈、接收线圈、副边补偿单元、整流滤波单元2、电池负载、检测单元、波形调理单元、锁相单元、驱动单元；电网电压经整流滤波单元1整流滤波后变为直流电，连接到高频逆变单元变为高频交流电，高频逆变单元连接到原边补偿单元，原边补偿单元由电容组成并与发射线圈串联组成串联谐振网络，发射线圈和接收线圈之间耦合传递能量，副边补偿单元由电容组成并与接收线圈串联组成串联谐振网络连接到整流滤波单元2，整流滤波单元2连接到电池负载，检测单元检测副边补偿单元中电容两端电压并将检测信号接入与波形调理单元，波形调理单元将正弦波变为方波接入锁相单元，锁相单元输出驱动信号接入驱动单元，驱动单元与高频逆变单元连接。

系统工作时，检测单元的霍尔电压传感器检测副边补偿单元中电容两端电压并将得到的正弦电流信号接入波形调理单元。

如图2所示，波形调理单元接收检测单元输出的电流信号，经电阻R3后变为电压信号进入芯片LM311的2引脚并与3引脚电压比较，7引脚输出与检测信号同相的方波信号接入锁相单元，实际应用中可通过调节可变电阻Rp1来补偿由检测、驱动及死区等带来的信号滞后。

如图3所示，锁相单元将波形调理单元输出的方波信号接入锁相环芯片CD4046的14引脚，此信号与4引脚压控振荡器输出信号相比较，并通过13引脚输出相位差信号，经由R7、R9、C3组成的环路滤波器产生控制电压进入9引脚控制压控振荡器的输出频率，压控振荡器通过4引脚输出与波形调理单元输出方波信号同相的驱动信号并将此信号接入驱动单元。

驱动单元接收锁相单元的驱动信号，经死区电路形成两路带死区的信号，再经驱动电路形成4路PWM信号接入高频逆变单元。

电网电压经整流滤波单元1整流滤波后变为直流电连接到高频逆变单元，高频逆变单元采用全桥逆变，开关管采用MOSFET，4个开关管由驱动单元输出的4路PWM信号驱动。高频逆变单元输出高频交流电压接入由原边补偿单元和发射线圈组成的串联谐振网络。发射线圈为圆形平面螺旋线圈，由600股直径为0.1mm的漆包线绞合成的利兹线绕成，最外匝直径为400mm，共9匝，匝间距为4mm，发射线圈置于厚度为2mm的铁氧体平板磁芯上。接收线圈与发射线圈结构相同，置于厚度为2mm的铁氧体平板磁芯下。发射线圈和接收线圈之间通过耦合传递能量，接收线圈接收发射线圈传递的能量并与副边补偿单元组成串联谐振网络连接到整流滤波单元2，整流滤波单元2将高频交流电变为直流电连接到电池负载。