小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统

专利摘要:
本实用新型涉及一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，包括逆变模块、磁耦合线圈模块、整流模块以及DSP控制驱动模块，逆变模块为全桥逆变电路，全桥逆变电路由一对第一电容和四个作为桥臂的MOS管组成，每一个MOS管与DSP控制驱动模块相连，DSP控制驱动模块用于输出相应的控制信号来控制对应MOS管的开启/关闭，磁耦合线圈模块用于将逆变后的交流电传输至整流模块，整流模块用于将逆变后的交流电整流成供给负载的直流电，整流模块为全波倍压整流电路。本实用新型具有以下优点和效果：承受较高的工作频率，在实现电能的无线传输的同时，可将副边输出电压经过整流提高为原来的多倍，使用范围更加广泛，一定程度上提高了整个系统的传输效率。
公开号:CN214337657U
申请号:CN202120520286.1U
申请日:2021-03-12
公开日:2021-10-01
发明作者:王星；蒋赢；周小熊；卢银锋
申请人:Shanghai Dianji University；
IPC主号:H02J50-12

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及电能传输系统技术领域，具体涉及一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统。
[n0002] 无线电能传输又称为无线电力传输、非接触电能传输，是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输的传输方式。
[n0003] 现有的无线电能传输技术主要分为4种：电磁辐射式、电场耦合式、电磁感应式和磁耦合谐振式，其区别在于能量在传输过程中不同的存在形式。电磁辐射式无线电能传输是利用远磁场进行电能传输，包括激光辐射和微波辐射式；电场耦合式的主要实现途径是通过两组电容极板间的高频电场耦合来实现电能的传输；电磁感应式无线电能传输技术为感应耦合式，其传输过程与分离变压器相似，气隙的作用相当于铁芯，在短距离传输电能时可以实现大功率和高效率，通过电磁感应进行无线电能传输是目前应用最多的一种无线电能传输方式；磁耦合谐振式无线电能传输技术利用了电磁的谐振耦合，通过控制发射装置和接收装置的谐振频率实现电能的高效传输。
[n0004] 本发明人在实现本申请实施例的过程中，发现在现有的磁耦合谐振式无线电能传输技术中至少存在以下问题：
[n0005] 磁耦合谐振技术的可承受工作频率较低并且传输效率较低。
[n0006] 针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，可承受较高的工作频率，在实现电能的无线传输的同时，可将副边输出电压经过整流提高为原来的多倍，使用范围更加广泛，一定程度上提高了整个系统的传输效率。
[n0007] 为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：包括逆变模块、磁耦合线圈模块、整流模块以及DSP控制驱动模块，所述逆变模块由接入的直流电供电，所述逆变模块为全桥逆变电路，所述全桥逆变电路由一对第一电容和四个作为桥臂的MOS管组成，每一个所述MOS管与所述DSP控制驱动模块相连，所述DSP控制驱动模块用于输出相应的控制信号来控制对应所述MOS管的开启/关闭，从而使所述全桥逆变电路将直流电逆变为交流电，所述磁耦合线圈模块用于将逆变后的交流电传输至所述整流模块，所述整流模块用于将逆变后的交流电整流成供给负载的直流电，所述整流模块为全波倍压整流电路。
[n0008] 本实用新型进一步设置为：所述全波倍压整流电路用于成倍提高所述磁耦合线圈模块的副边电压，所述全波倍压整流电路包括多个第二电容和多个二极管，所述第二电容依次串联后并联与依次串联的所述二极管，所述第二电容和所述二极管的个数与副边电压提高倍数一致。
[n0009] 本实用新型进一步设置为：所述磁耦合线圈模块包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈与所述全桥逆变电路相连，所述副边线圈与所述全波倍压整流电路相连，所述磁耦合线圈模块通过磁耦合谐振将传输至所述原边线圈的逆变后的交流电传输至所述副边线圈。
[n0010] 本实用新型进一步设置为：所述DSP控制驱动模块输出的控制信号中设有死区时间，所述死区时间用于防止桥臂同时导通造成所述MOS管损坏。
[n0011] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
[n0012] 由于在逆变模块中采用全桥逆变电路，在整流模块中采用全桥倍压整流电路，全桥逆变电路由两个半桥逆变结构组成，通过两个半桥的组合，能够输出完整的电源电压，从而提高了输入电源电压的利用率，该全桥逆变电路的具体结构由两对大功率的MOS管和一对大容量的第一电容组合构成，从而有效提高了可承受工作频率，并且全桥倍压整流电路利用第二电容的存储作用，由多个第二电容和二极管可以获得几倍于副边电压的输出电压，从而提高了传输效率，所以，有效解决了在现有磁耦合谐振技术中可承受工作频率较低并且传输效率较低的技术问题。
[n0013] 图1为本实用新型的原理框图。
[n0014] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[n0015] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[n0016] 如图1所示，本实用新型公开了一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，包括逆变模块1、磁耦合线圈模块2、整流模块3以及DSP控制驱动模块4，逆变模块1由接入的直流电供电，逆变模块1为全桥逆变电路，全桥逆变电路由一对第一电容11和四个作为桥臂的MOS管12组成，每一个MOS管12与DSP控制驱动模块4相连，DSP控制驱动模块4用于输出相应的控制信号来控制对应MOS管12的开启/关闭，从而使全桥逆变电路将直流电逆变为交流电，磁耦合线圈模块2用于将逆变后的交流电传输至整流模块3，整流模块3用于将逆变后的交流电整流成供给负载的直流电，整流模块3为全波倍压整流电路，全桥逆变电路由两个半桥逆变结构组成，通过两个半桥的组合，能够输出完整的电源电压，从而提高了输入电源电压的利用率，并具有功率可调节控制范围大、控制切换方式灵活等优点，该全桥逆变电路的具体结构由两对大功率的MOS管12和一对大容量的第一电容11组合构成，从而有效提高了可承受工作频率，并且全桥倍压整流电路能够实现升压输出并提高了带负载能力，并相较于信克尔倍压整流电路，减小了关键器件的电压应力，其中DSP控制驱动模块4中输出的控制信号为四路PWM来分别控制对应的MOS管12的开启/关闭，从而使得DSP控制驱动模块4的运行性能更加稳定。
[n0017] 全波倍压整流电路用于成倍提高磁耦合线圈模块2的副边电压，全波倍压整流电路包括多个第二电容31和多个二极管32，第二电容31依次串联后并联与依次串联的二极管32，第二电容31和二极管32的个数与副边电压提高倍数一致，利用第二电容31的存储作用，由多个第二电容31和二极管32可以获得几倍于副边电压的输出电压，从而提高了传输效率，其中，可根据实际需求，来调整升压倍数，即第二电容31和二极管32的个数与所需输出电压的升压倍数一致，从而扩大了使用范围，本实施例附图中展示的为二倍压整流，即通过两个第二电容31和两个二极管32搭建一个二倍压整流桥，在副边线圈22输出交流电的正负半周期分别对两个第二电容31充电，已实现二倍压直流电的输出。通过此电路可将副边线圈22输出的交流电整流输出为二倍于副边线圈22电压的直流电，以实现整流和升压的功能，自此本领域技术人员能够毫无意义、明确的理解如三倍压整流、四倍压整流等的原理。
[n0018] 磁耦合线圈模块2包括原边线圈21和副边线圈22，原边线圈21与全桥逆变电路相连，副边线圈22与全波倍压整流电路相连，磁耦合线圈模块2通过磁耦合谐振将传输至原边线圈21的逆变后的交流电传输至副边线圈22，即通过原边线圈21与副边线圈22在相同的谐振频率下激发强耦合磁场将能量传递至副边线圈22，副边线圈22接收的能量通过副边谐振网络后，继续传递至整流模块3，从而通过磁耦合谐振技术，提高了传输距离、传输功率以及传输效率。
[n0019] DSP控制驱动模块4输出的控制信号中设有死区时间，通过设置死区时间，能够防止电源对流接地的穿通现象，从而防止桥臂同时导通使得MOS管12损坏，进而提高了本系统运行的稳定性。
[n0020] 本实用新型原理如下：
[n0021] 通过DSP控制驱动模块4输出四路PWM对全桥逆变电路进行驱动控制，经全桥逆变电路将直流电转换为交流电送至磁耦合线圈模块2的原边谐振网络，然后通过磁耦合谐振将原边线圈21接收到的能量传递至副边线圈22。副边线圈22接收的能量通过副边谐振网络后，传递至全波倍压整流电路，经全波倍压整流电路整流后输出直流电，最后将整流后的直流电通过电源管理电路输出给负载供电。
[n0022] 本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

权利要求:
Claims (4)
[0001] 1.一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：包括逆变模块、磁耦合线圈模块、整流模块以及DSP控制驱动模块；
所述逆变模块由接入的直流电供电，所述逆变模块为全桥逆变电路，所述全桥逆变电路由一对第一电容和四个作为桥臂的MOS管组成，每一个所述MOS管与所述DSP控制驱动模块相连，所述DSP控制驱动模块用于输出相应的控制信号来控制对应所述MOS管的开启/关闭，从而使所述全桥逆变电路将直流电逆变为交流电，所述磁耦合线圈模块用于将逆变后的交流电传输至所述整流模块，所述整流模块用于将逆变后的交流电整流成供给负载的直流电，所述整流模块为全波倍压整流电路。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：所述全波倍压整流电路用于成倍提高所述磁耦合线圈模块的副边电压，所述全波倍压整流电路包括多个第二电容和多个二极管，所述第二电容依次串联后并联与依次串联的所述二极管，所述第二电容和所述二极管的个数与副边电压提高倍数一致。
[0003] 3.根据权利要求1所述的一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：所述磁耦合线圈模块包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈与所述全桥逆变电路相连，所述副边线圈与所述全波倍压整流电路相连，所述磁耦合线圈模块通过磁耦合谐振将传输至所述原边线圈的逆变后的交流电传输至所述副边线圈。
[0004] 4.根据权利要求1所述的一种小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统，其特征在于：所述DSP控制驱动模块输出的控制信号中设有死区时间，所述死区时间用于防止桥臂同时导通造成所述MOS管损坏。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120520286.1U|CN214337657U|2021-03-12|2021-03-12|小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统|CN202120520286.1U| CN214337657U|2021-03-12|2021-03-12|小型磁耦合谐振式无线电能传输控制系统|