具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路的製作方法

2023-05-26 19:28:41 2

具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路，包括一個MOS管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、阻抗匹配網絡、發射線圈、接收線圈、整流電路、DC-DC變換電路和負載。所述的高頻變換電路通過MOS管的開通與關斷實現DC-AC變換，並由第一電容實現MOS管的軟開關；所述阻抗匹配網絡可以把過大或過小的負載轉換為合適的負載，以達到與設計電路的負載相匹配；所述發射線圈和接收線圈實現無線電能傳輸；所述的整流電路和DC-DC變換電路把接收線圈接收的電能調節為可給負載充電的電能；所述的負載為無線充電設備的等效負載。該實用新型電路結構簡單、DC-AC轉換效率高，並能夠適應寬負載變化範圍。
【專利說明】具有阻抗匹配網絡的無線充電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【技術領域】，特別涉及具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路。
【背景技術】
[0002]1894年,從M.Hutin和M.Leblanc嘗試用3kHz的交流電給牽引電車感應供電,這可能是世界上第一個用感應方式給牽引電車供電的嘗試。20世紀60年代非接觸供電在植入式醫療設備的供電得到嘗試。20世紀80年代感應式電能傳輸在電動汽車的無線充電方面得到了很好的理論探索和實踐。20世紀90年代，紐西蘭奧克蘭大學的學者豐富和完善了 ICPT(Inductively Coupled Power Transfer, ICPT)技術，即感應I禹合電能傳輸。2005年，香港城市大學的團隊研製成功非接觸充電平臺，對無線電能傳輸的發展具有重要意義。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，該實驗成為了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功率放大電路，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效率不高的缺點，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。但已有的研究只是簡單的把這些類型的功率放大電路應用於無線電能傳輸系統，並沒有考慮到負載變化時阻抗不匹配對效率的影響。特別是對於開關型的功率放大電路，雖然具有效率高的優點，但是負載的變化容易導致電路失去軟開關的功能，導致開關管發熱嚴重，以致燒壞開關管。
[0005]目前作為適合寬負載變化範圍的無線電能傳輸發射電路的類型還是比較少，並且阻抗匹配技術只是應用於射頻領域的無線電能傳輸，因此有必要提出一種新的技術解決無線充電系統寬負載變化範圍的問題。
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，提供具有阻抗匹配網絡的無線充電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]具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路，包括一個MOS管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、阻抗匹配網絡、發射線圈、接收線圈、整流電路、DC-DC變換電路和負載。[0009]上述的具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路，MOS管內部結構包括反並聯的二極體；第一電容並聯在MOS管的兩端，實現MOS管的軟開關。
[0010]上述的具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路，第一電感的一端與MOS管的源極、第二電感的一端連接，另一端與直流電壓源的負極連接；第二電感的另一端與第二電容的一端連接；第二電容的另一端與阻抗匹配網絡連接；阻抗匹配網絡連接發射線圈構成無線充電系統的發射部分；接收線圈分別與整流電路、DC-DC變換電路依次連接構成接收部分，並對負載片進行充電。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點:
[0012]1、採用開關型的高頻變換電路結構，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、所述的具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路只有一個MOS管，電路結構簡單，控制電路容易實現。
[0014]3、所述的具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路具有阻抗匹配的功能，能夠實現寬負載變化範圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0016]圖2為本實用新型實施方案的具體電路圖。
[0017]圖3a~圖3c分別圖2中負載兩端的電壓波形，MOS管的電流、電壓波形。
[0018]圖4a~圖4c分別為未加匹配電路時圖2中負載兩端的電壓波形，MOS管的電流、電壓波形。
【具體實施方式】
[0019]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。
[0020]圖1所示具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路中，第一電感Ltl的一端與MOS管S的源極、第二電感L1的一端連接，另一端與直流電壓源Vin的負極連接；第二電感L1的另一端與第二電容C1的一端連接；第二電容仏的另一端與阻抗匹配網絡連接；阻抗匹配網絡連接發射線圈構成無線充電系統的發射部分；接收線圈分別與整流電路、DC-DC變換電路依次連接構成接收部分，並對負載&進行充電。
[0021]實施例
[0022]圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型實施方案的具體電路圖。阻抗匹配網絡以簡單的L型匹配為例，以Lm和Cm表示。發射線圈等效為原邊電感Lp和原邊電容Cp的串聯，接收線圈等效為副邊電感Ls和副邊電容的Cs的串聯，忽略發射線圈和接收線圈的內阻損耗。整流電路為全橋整流電路。圖2中省略了 DC-DC變換電路環節。
[0023]本實施例電路的基本參數如表1所示。
[0024]表1
[0025]
【權利要求】
1.具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路，其特徵在於包括一個MOS管(S)、第一電感(4)、第二電感(&)、第一電容(4)、第二電容W)、阻抗匹配網絡、發射線圈、接收線圈、整流電路、DC-DC變換電路和負載(慫)；第一電感(Ztl)的一端與MOS管(S)的源極、第二電感(Z1)的一端連接，另一端與直流電壓源(Kin)的負極連接；第二電感(Z1)的另一端與第二電容(C1)的一端連接；第二電容(C1)的另一端與阻抗匹配網絡連接；第一電容(C0)並聯在MOS管(S)的兩端，實現MOS管(S)的軟開關；阻抗匹配網絡連接發射線圈構成無線充電系統的發射部分；接收線圈與整流電路、DC-DC變換電路依次連接構成接收部分，並對負載(慫)進行充電。
2.根據權利要求1所述的具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路，其特徵在於所述MOS管(S)內部結構包括反並聯的二極體(D)。
3.根據權利要求1所述的具有阻抗匹配網絡的無線充電系統的高頻變換電路，其特徵在於所述阻抗匹配網絡為L型、CLC型和LCL型匹配網絡。
【文檔編號】H02J17/00GK203691239SQ201320779753
【公開日】2014年7月2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