一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路的製作方法
2023-09-15 06:49:05
一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，包括第一開關管，第二開關管、第一電感、第二電感、第三電感、第一電容、第二電容、第三電容和負載；輸入直流源的正極與第一開關管的漏極、第二開關管的漏極、第一電容的一端、第二電容的一端連接；第一開關管的源極與第一電容的另一端、第一電感的一端、第三電感的一端連接；第二開關管的源極與第二電容的另一端、第二電感的一端、第三電容的一端、負載的一端連接；第一電感的另一端與第二電感的另一端、輸入直流源的負極連接。第三電感的另一端與第三電容的另一端、負載的另一端連接。本實用新型通過控制兩個開關管的通斷實現DC-AC變換，並實現軟開關，提高了轉換效率。
【專利說明】一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於無線電能傳輸技術的應用領域，特別涉及一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路。
【背景技術】
[0002]無線電能傳輸技術早在100多年前就由美國實用新型家特斯拉(Nicola Tesla)在實驗上得到嘗試。2006年，麻省理工學院(MIT)的研究人員利用物理的共振技術成功的在2m距離左右以40%的效率點亮了一個60W的燈泡，該實驗不僅僅是特斯拉實驗的重現，更是無線電能傳輸技術的又一個新突破，並且掀起了無線電能傳輸研究的熱潮。
[0003]無線電能傳輸技術是一種廣泛應用前景的電能傳輸方式，具有安全、可靠、靈活、方便等優點，已經日益受到世界各國的重視，並越來越廣泛應用於各種不適合或不方便使用有導線接觸傳輸電能的地方，如植入式醫療設備、移動電子產品、機器人、軌道電車供電等場合，並有望在不久的將來能夠在小功率電子產品無線充電方面取代傳統的插頭充電。
[0004]作為無線電能傳輸的發射電路，特別是作為高頻的諧振式無線電能傳輸的發射電路，國內外已經有了比較深入的研究。作為傳統的線性功率放大電路,如A類、B類、C類功率放大電路，其技術已經相當成熟，但這些功率放大電路普遍存在效率不高的問題。開關型的D類、E類、DE類功率放大電路克服了傳統型功率放大電路的缺點，使開關管工作在開關狀態，提高了功率放大電路的轉換效率。諧振變換器作為無線電能傳輸的發射裝置也早已有研究，但是由於功率器件的技術限制了輸出功率和工作頻率無法做得很高。並且，開關器件的增多也增加了系統的複雜性和成本。
[0005]目前作為無線電能傳輸發射電路的類型還是比較少，而且很多功率放大電路也不適合作為無線電能傳輸的發射電路，因此有必要提出一種新的諧振式無線電能傳輸發射電路拓撲。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路。
[0007]本實用新型通過如下技術方案實現:
[0008]一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，包括第一開關管、第二開關管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容和負載網絡；輸入直流源的正極與第一開關管的漏極、第二開關管的漏極、第一電容的一端、第二電容的一端連接；第一開關管的源極與第一電容的另一端、第一電感的一端、負載網絡的一端連接；第二開關管的源極與第二電容的另一端、第二電感的一端、負載網絡的另一端連接；第一電感的另一端與第二電感的另一端、輸入直流源的負極連接。
[0009]所述的一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，其特徵在於第一電容和第二電容的作用在於實現第一開關管和第二開關管的軟開關。
[0010]所述的一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，其特徵在於第三電感和第三電容和負載組成負載網絡。第三電感與第三電容實現LC諧振。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點:
[0012]1、採用開關型的變換電路結構，根據電壓、電流不同時出現的原理設計，DC-AC轉換效率高，理論效率達到100%。
[0013]2、所設計的電路具有參數對稱的結構，因此，設計簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的諧振式無線電能傳輸系統高頻變換電路。
[0015]圖2為本實用新型實施方案中在不同階段UtTi1)的工作示意圖。
[0016]圖3a~圖3b為實施方案中不同工作階段對應的工作模態示意圖。
具體實施方案
[0017]以下結合附圖對實用新型的具體實施作進一步描述，但本實用新型的實施和保護不限於此。
實施例
[0018]如圖1，一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，包括第一開關管S1、第二開關管S2、第一電感Z1、第 二電感Z2、第一電容q，第二電容C2和負載網絡；所述負載網絡由第三電感L和第三電容C和負載組成。
[0019]第一電容C1和第二電容C2的作用在於實現第一開關管S1和第二開關管S2的軟開關。
[0020]圖2給出了本實用新型的工作原理，圖3給出了本實用新型的工作模態。電路穩態工作時，本實用新型的工作過程如下:
[0021](I)當?=。時，第一開關管S1由導通變為關斷，第二開關管S2由關斷變為導通。此時，第一開關管S1兩端的電壓為零，即實現零電壓關斷；第二開關管S2兩端的電壓也為零，實現零電壓開通。輸入直流源Kin開始給第一電容C1充電。輸入直流源Kin通過第二開關管S2給負載網絡供電。
[0022](2)在階段，第一開關管S1保持關斷，第二開關管S2保持導通。在此階段過程中，第一電容C1兩端的電壓先增大後減小，如果負載W選擇合適，在此階段結束時，第一電容C1兩端的電壓將會下降為零。等效電路如圖3a所示。
[0023](3)當t二U時，第一開關管S1由關斷變為導通，第二開關管S2由導通變為關斷。此時，第一開關管S1兩端的電壓為零，實現零電壓開通；第二開關管S2兩端的電壓也為零，實現零電壓關斷。輸入直流源Kin開始給第二電容C2充電。輸入直流源Kin通過第一開關管S1給負載網絡供電。
[0024](4)在tx~t2階段，第一開關管S1保持導通，第二開關管S2保持關斷。在此階段過程中，第二電容C2兩端的電壓先增大後減小，如果負載選擇合適，在此階段結束時，第二電容G兩端的電壓將會下降為零。等效電路如圖3b所示。
[0025]為驗證本實用新型的一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路的正確性，進行了仿真實驗，結果表明該電路實現了軟開關，理論效率達到100%。
【權利要求】
1.一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，其特徵在於包括第一開關管(Si)、第二開關管(s2)、第一電感(Z1)'第二電感(Z2)、第一電容(G)、第二電容(Ct2)和負載網絡；輸入直流源(Kin)的正極與第一開關管(S1)的漏極、第二開關管(S2)的漏極、第一電容(C1)的一端、第二電容(G)的一端連接；第一開關管(S1)的源極與第一電容(Cr1)的另一端、第一電感(Z1)的一端、負載網絡的一端連接；第二開關管(S2)的源極與第二電容(C2)的另一端、第二電感(Z2)的一端、負載網絡的另一端連接；第一電感(Z1)的另一端與第二電感(Z2)的另一端、輸入直流源(Kin)的負極連接。
2.根據權利要求1所述的一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，其特徵在於第一電容(C1)和第二電容(C2)實現第一開關管(S1)和第二開關管(S2)的軟開關。
3.根據權利要求1所述的一種諧振式無線電能傳輸系統的高頻變換電路，其特徵在於第三電感a)和第三電容(^)和負載ο?)組成負載網絡，第三電感a)與第三電容(^)實現LC諧振。`
【文檔編號】H02M7/48GK203590068SQ201320763480
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】張波, 黃潤鴻, 丘東元 申請人:華南理工大學