[实用新型]一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电能传输装置，尤其是一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置。

背景技术

迄今为止能实现能量无线传输的方式主要有微波、激光、磁感应耦合、磁耦合谐振、电场耦合等方式，可实现小功率到大功率，远距离到近距离的不同应用场合、不同功率需求的能量传输。而在诸多的无线电能传输方式中，磁耦合谐振式能量传输技术由于传输距离远、对传输介质依赖小、方向性要求不高等优势，是当前无线电能传输技术研究领域中主要的研究热点。磁耦合谐振式无线电能传输技术是利用共振的原理，合理设置发射装置与接收装置的参数，使得发射线圈与接收线圈以及整个系统都具有相同的谐振频率，并在该谐振频率的电源驱动下系统可达到一种“电谐振”状态，从而实现能量在发射端和接收端高效的传递。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是针对现有的无线电能传输装置，提出一种传输效率高、传输稳定的基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置，采用本实用新型，在输入电压为15V直流电压的条件下，输出电压大于8V，传输效率可达40％。在输入电压15V，输入电流不大于 1A的条件下，可在46cm的范围内可点亮两个1W的LED。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置，包括DC-AC逆变电路、整形锁相电路、发射线圈、接收线圈、电能变换电路、电源电路和负载，其中所述DC-AC逆变电路输出与整形锁相电路的输入相连，整形锁相电路的输出与发射线圈连接，发射线圈和接收线圈通过磁耦合的方式达到谐振，接收线圈和电能变换电路相连，电能变换电路的输出到达负载，电源电路给DC-AC逆变电路、整形锁相电路、电能变换电路供电。

作为本实用新型的一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置的进一步优化方案：所述的DC-AC逆变电路包括SPWM脉冲产生电路、主电路、驱动输出电路。用DSP或FPGA 产生SPWM信号驱动全桥式DC-AC变换器，经输出LC滤波后得到逆变信号。DC-AC变换器采用PWM调制的D类功率放大器，输入信号通过芯片产生SPWM波，然后经过逆变器的全桥拓扑结构，得到相对稳定的直流信号。全桥电路结构相对复杂，但控制灵活，且输出电压是半桥电路电压的两倍。开关管所承受的电压、电流应力均相对较低，且控制方式灵活。此外，全桥逆变电路由于桥臂输出电压存在零电压的续流状态，可实现倍频，在较低的开关频率下，可以获得更好的谐波控制。MOS管驱动输出电路采用可同时驱动一对互补对称输出管的驱动集成芯片IR2110驱动4个VMOSFET。

作为本实用新型的一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置的进一步优化方案：所述的整形锁相电路利用用锁相环的锁相锁频功能，将参考信号倍频，产生与其同步的时钟，以此时钟调整输入输出的频相关系。锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。锁相环主要由相位比较器(PC)、压控振荡器(VCO)、低通滤波器三部分组成。

作为本实用新型的一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置的进一步优化方案：所述的电能变换模块为TPS40211宽范围升压控制器。TPS40211能在输入电压低于LED启动电压时高效驱动高功率LED。LED驱动器可为多个1至5W高亮度串联LED供电，并支持可编程的封闭式软启动、具备自动重试功能的过流保护以及可编程的振荡器频率。

作为本实用新型的一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置的进一步优化方案：所述的电源电路采用直流稳压电源，利用全桥整流滤波电路，将220V工频电压输出为±12V、±9V、±5V。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：传输效率较高，输出稳定，能够抗多种复杂环境干扰。可广泛应用于电动汽车的无线充放电、智能家电的无线供电、植入式医疗设备的无线供电中。

附图说明

图1为本实用新型一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置框架示意图。

图2为本实用新型一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置SPWM脉冲产生电路原理图。

图3为本实用新型一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置MOS管驱动输出电路原理图。

图4为本实用新型一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置整形锁相电路原理图。

图5为本实用新型一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置锁相环原理方框图。

图6为本实用新型一种基于磁耦合谐振式的无线电能传输装置电能变换电路原理图。