一種多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路。
【背景技術(shù)】
[0002]近場磁親合式無線電能傳輸技術(shù)(Wireless Power Transfer，WPT)是一種新興的電能傳輸技術(shù)，其利用耦合線圈間的電磁感應(yīng)實現(xiàn)電能的無線傳輸。相比于傳統(tǒng)的有線電能傳輸，無線電能傳輸技術(shù)具有安全、可靠、便捷、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點。近場磁耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其系統(tǒng)主要包含發(fā)射端的高頻逆變器、耦合線圈及其補償網(wǎng)絡(luò)、接收端的整流調(diào)壓電路等。
[0003]近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)受到了越來越多的研宄與應(yīng)用。在現(xiàn)有的近場磁耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)中，其發(fā)射端通常工作在一個頻率附近。對于WPT系統(tǒng)，較低的工作頻率有助于降低其發(fā)射端逆變器以及線路的損耗，但是其傳輸距離很短。另一方面，為了提高電能無線傳輸?shù)木嚯x，往往需要提高WPT系統(tǒng)的設(shè)計工作頻率。根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律，更高的工作頻率有助于在耦合線圈互感較低的情況下提高感應(yīng)電壓。低頻與高頻的WPT系統(tǒng)具有其對應(yīng)的應(yīng)用場景。低頻短距離的傳輸模式適合于如筆記本電腦等充電距離較近的應(yīng)用，而高頻中距離的傳輸模式則可用于智能手機等無線充電器與終端距離稍遠的應(yīng)用。
[0004]綜上所述，在現(xiàn)有WPT系統(tǒng)中，其發(fā)射端工作在一個頻率點附近，因此，僅能適配近距離或中距離的應(yīng)用。從而使得不同類型的終端需要不同發(fā)射端進行適配，造成了適配器的重復(fù)浪費，不利于節(jié)能環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明公布了一種多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路。本發(fā)明的發(fā)射線圈可同時或分時工作于多個頻率點，所涉及的發(fā)射端電路可以同時適配不同工作頻率的接收端電路，從而減少發(fā)射端的數(shù)量，避免無線充電發(fā)射端的重復(fù)浪費，還可以同時適配不同工作頻率的接收端電路，從而減少發(fā)射端的數(shù)量，避免無線充電發(fā)射端的重復(fù)浪費。
[0006]為達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，包括I個發(fā)射線圈和不少于2個的接收線圈，所述發(fā)射線圈連接有多個發(fā)射電路；所述發(fā)射電路包括一個將直流電變?yōu)榻涣麟姷哪孀兤?，逆變器連接有將交流電進行合成的發(fā)射端補償電路，各發(fā)射端補償電路并聯(lián)后與接收線圈連接；各逆變器之間發(fā)出的交流電的頻率各不相同，以適應(yīng)不同的傳輸距離；逆變器發(fā)出的交流電依次通過發(fā)射端補償電路和發(fā)射線圈被接收對應(yīng)頻率交流電的接收線圈接收，接收線圈將交流電傳遞給接收端補償電路，接收端補償電路連接有將交流電進行整流并將交流電變?yōu)橹绷麟娙缓笈c對應(yīng)負載連接的整流器。
[0008]進一步的改進，各逆變器傳出的交流電頻率至少相差5倍。
[0009]進一步的改進，所述逆變器的逆變拓撲為全橋逆變拓撲或半橋逆變拓撲或推挽逆變拓撲或E類逆變拓撲。
[0010]進一步的改進，所述接收端補償電路為串聯(lián)諧振補償電路或非串聯(lián)諧振補償電路。
[0011]進一步的改進，所述發(fā)射端補償電路包括電感器件與電容器件。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0013]本發(fā)明的發(fā)射線圈可同時或分時工作于多個頻率點。當(dāng)耦合線圈的距離較近時，系統(tǒng)工作于低頻近距離模式，從而適配接收端工作頻率較低的終端。當(dāng)耦合線圈的距離較遠時，系統(tǒng)工作在高頻中距離模式，從而適配接收端工作頻率較高的終端。本發(fā)明所涉及的發(fā)射端電路可以同時適配不同工作頻率的接收端電路，從而減少發(fā)射端的數(shù)量，避免無線充電發(fā)射端的重復(fù)浪費。
【附圖說明】
[0014]圖1現(xiàn)有的無線電能傳輸流程示意圖；
[0015]圖2實施例的無線電能傳輸流程示意圖；
[0016]圖3實施例發(fā)射電路仿真電路圖；
[0017]圖4實施例發(fā)射電路的電流電壓仿真波形示意圖；
[0018]圖5實施例接收電路仿真電路圖；
[0019]圖6實施例發(fā)射線圈電流和接收線圈電流仿真波形示意圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例
[0021]如圖2-6所示的一種多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，包括一個發(fā)射線圈11和兩個接收線圈，兩個接收線圈分別為接收線圈一 12和接收線圈二 13，發(fā)射線圈12連接有兩個并聯(lián)的發(fā)射電路，一個發(fā)射電路包括將直流電變?yōu)楦哳l交流電的逆變器一 1，逆變器一 I連接有將高頻交流電進行合成的發(fā)射端補償電路一 2 ;另一個發(fā)射電路包括將直流電變?yōu)榈皖l交流電的逆變器二 6，逆變器二 6連接有將低頻交流電進行合成的發(fā)射端補償電路二 7 ;發(fā)射端補償電路一 2和發(fā)射端補償電路二 7并聯(lián)后與發(fā)射線圈11連接；接收線圈一 12接收到逆變器一 I發(fā)出的高頻電流后，將高頻電流傳遞給接收端補償電路一 3，接收端補償電路一 3連接有將高頻交流電進行整流并將交流電變?yōu)橹绷麟姴⑴c工作頻率較高的負載一 5連接的整流器一 4 ;接收線圈二 13接收到逆變器二 6發(fā)出的低頻電流后，將低頻電流傳遞給接收端補償電路二 8，接收端補償電路二 8連接有將低頻交流電進行整流并將低頻交流電變?yōu)橹绷麟姴⑴c工作頻率較低的負載二 10連接的整流器二 9 ;逆變器一 I發(fā)出的高頻交流電的頻率是逆變器二 6發(fā)出的低頻交流電的頻率的5倍。所述接收端補償電路一 3為串聯(lián)諧振補償電路。
[0022]如圖2所示發(fā)射端補償電路一 2與發(fā)射端補償電路二 7共用一個發(fā)射線圈。逆變器的輸出電壓或電流經(jīng)過相應(yīng)的補償電路后給發(fā)射線圈11饋電，接收線圈的感應(yīng)電動勢經(jīng)過相應(yīng)的接收端補償電路后進行整流并給各自的負載進行直流供電。
[0023]兩個逆變器分別輸出高頻與低頻的交流電壓(電流)，這兩者的功率傳輸是相互獨立的。發(fā)射端補償電路將兩者進行合成，接收端補償電路將兩者進行分離。整流器一 4與整流器二 9分別對不同頻率的交流電進行整流，從而利用為各自的負載進行直流供電。由此可見，本發(fā)明所提出的方案與現(xiàn)有技術(shù)的明顯區(qū)別在于，其WPT系統(tǒng)的發(fā)射電路工作于兩個頻率，傳輸功率的方式與現(xiàn)有的技術(shù)方案有明顯區(qū)別。
[0024]如圖3所示，是本實施例的發(fā)射電路仿真電路圖。三相電經(jīng)過橋式整流后輸出穩(wěn)定的直流電，逆變器一I與逆變器二6分別將其輸入直流電轉(zhuǎn)換為交流電。在實施例中，逆變器均為全橋逆變器。根據(jù)不同的系統(tǒng)，其逆變拓撲也可以為半橋、推挽、E類等等。發(fā)射端補償電路一 2的電容一 14與電感一 15的諧振頻率為逆變器一 I的輸出頻率，發(fā)射端補償電路二 7的電容二 16與電感二 17的諧振頻率為逆變器二 6的輸出頻率。通過諧振環(huán)節(jié)的濾波作用，逆變器的輸出電流近似為正弦。逆變器一I與逆變器二 6的輸出電流在發(fā)射線圈進行疊加。發(fā)射端補償電路一 2還包含電容三18，發(fā)射端補償電路二 7還包含電容四19，電容三18與電容四19用于調(diào)解逆變器一與逆變器二的負載阻抗。
[0025]圖4為實施例中電流的仿真波形，從上至下分別為發(fā)射線圈11電流、逆變器一 I輸出電流、逆變器二 6輸出電流、逆變器一 I輸出電壓、逆變器二 6輸出電壓；如圖6所不，至上而下分別為發(fā)射線圈11電流、接收線圈一 12的電流仿真波形。由實施例仿真波形可知，發(fā)射線圈11的電流波形與傳統(tǒng)的WPT系統(tǒng)不同。其最大的區(qū)別在于，其交流電流包含兩個頻率的諧波。發(fā)射線圈11的高頻與低頻諧波分量均能傳輸電能。根據(jù)不同的工作模式，逆變器一I與逆變器二 6可以同時工作或者僅有一個進行工作。
[0026]如圖5所示，實施例中接收電路使用串聯(lián)諧振補償，諧振頻率為逆變器一 I的輸出頻率。根據(jù)不同的應(yīng)用，其補償電路也可以非串聯(lián)諧振補償。
[0027]如圖6所示，至上而下分別為發(fā)射線圈I電流、接收線圈一 12電流。因此，接收線圈一 12僅接收由逆變器一 I輸出的有功功率，而自動濾除低次諧波。同樣的，接收線圈二I的諧振頻率也為逆變器二 6的輸出頻率，從而僅接收逆變器二 6輸出的有功功率。
[0028]從實施例中可明顯推斷出，發(fā)射電路和接收電路均可為多個。
[0029]本發(fā)明中逆變器的逆變拓撲可為為全橋逆變拓撲或半橋逆變拓撲或推挽逆變拓撲或E類逆變拓撲等各種結(jié)構(gòu)，并不限于上述幾種。
[0030]以上實例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項】
1.一種多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，其特征在于，包括I個發(fā)射線圈和不少于2個的接收線圈，所述發(fā)射線圈連接有多個發(fā)射電路；所述發(fā)射電路包括一個將直流電變?yōu)榻涣麟姷哪孀兤?，逆變器連接有將交流電進行合成的發(fā)射端補償電路，各發(fā)射端補償電路并聯(lián)后與接收線圈連接；各逆變器之間發(fā)出的交流電的頻率各不相同，以適應(yīng)不同的傳輸距離；逆變器發(fā)出的交流電依次通過發(fā)射端補償電路和發(fā)射線圈被接收對應(yīng)頻率交流電的接收線圈接收，接收線圈將交流電傳遞給接收端補償電路，接收端補償電路連接有將交流電進行整流并將交流電變?yōu)橹绷麟娙缓笈c對應(yīng)負載連接的整流器。2.如權(quán)利要求1所述的多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，其特征在于，各逆變器傳出的交流電的頻率至少相差5倍。3.如權(quán)利要求1所述的多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，其特征在于，所述逆變器的逆變拓撲為全橋逆變拓撲或半橋逆變拓撲或推挽逆變拓撲或E類逆變拓撲。4.如權(quán)利要求1所述的多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，其特征在于，所述接收端補償電路為串聯(lián)諧振補償電路或非串聯(lián)諧振補償電路。5.如權(quán)利要求1所述的多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，其特征在于，所述發(fā)射端補償電路包括電感器件與電容器件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多頻工作的無線電能傳輸發(fā)射端電路，包括1個發(fā)射線圈和不少于2個的接收線圈，所述發(fā)射線圈連接有多個發(fā)射電路；所述發(fā)射電路包括一個將直流電變?yōu)榻涣麟姷哪孀兤?，逆變器連接有將交流電進行合成的發(fā)射端補償電路，各逆變器之間發(fā)出的交流電的頻率各不相同，以適應(yīng)不同的傳輸距離。本發(fā)明的發(fā)射線圈可同時或分時工作于多個頻率點；當(dāng)耦合線圈距離較近時，系統(tǒng)工作于低頻近距離模式，以適配接收端工作頻率較低的終端；當(dāng)耦合線圈距離較遠時，系統(tǒng)工作在高頻中距離模式，以適配接收端工作頻率較高的終端；本發(fā)明的發(fā)射端電路可以同時適配不同工作頻率的接收端電路，以減少發(fā)射端的數(shù)量，避免無線充電發(fā)射端的重復(fù)浪費。
【IPC分類】H02J17/00
【公開號】CN104967222
【申請?zhí)枴緾N201510278086
【發(fā)明人】林抒毅, 鄭榮進, 蔣新華, 謝文明, 黃詩浩, 聶明星, 邵明
【申請人】福建工程學(xué)院
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月27日