一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，包括第一開(kāi)關(guān)管，第二開(kāi)關(guān)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(fù)載；輸入直流源的正極與第一開(kāi)關(guān)管的漏極、第二開(kāi)關(guān)管的漏極、第一電容的一端、第二電容的一端連接；第一開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(fù)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(fù)極連接。第三電感的另一端與第三電容的另一端、負(fù)載的另一端連接。本發(fā)明通過(guò)控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的通斷實(shí)現(xiàn)DC-AC變換，并實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，提高了轉(zhuǎn)換效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線電能傳輸技術(shù)早在100多年前就由美國(guó)發(fā)明家特斯拉(Nicola Tesla)在實(shí)驗(yàn)上得到嘗試。2006年，麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員利用物理的共振技術(shù)成功的在2m距離左右以40%的效率點(diǎn)亮了一個(gè)60W的燈泡，該實(shí)驗(yàn)不僅僅是特斯拉實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)，更是無(wú)線電能傳輸技術(shù)的又一個(gè)新突破，并且掀起了無(wú)線電能傳輸研究的熱潮。
[0003]無(wú)線電能傳輸技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用前景的電能傳輸方式，具有安全、可靠、靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)日益受到世界各國(guó)的重視，并越來(lái)越廣泛應(yīng)用于各種不適合或不方便使用有導(dǎo)線接觸傳輸電能的地方，如植入式醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)電子產(chǎn)品、機(jī)器人、軌道電車(chē)供電等場(chǎng)合，并有望在不久的將來(lái)能夠在小功率電子產(chǎn)品無(wú)線充電方面取代傳統(tǒng)的插頭充電。
[0004]作為無(wú)線電能傳輸?shù)陌l(fā)射電路，特別是作為高頻的諧振式無(wú)線電能傳輸?shù)陌l(fā)射電路，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了比較深入的研究。作為傳統(tǒng)的線性功率放大電路,如A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)功率放大電路，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但這些功率放大電路普遍存在效率不高的問(wèn)題。開(kāi)關(guān)型的D類(lèi)、E類(lèi)、DE類(lèi)功率放大電路克服了傳統(tǒng)型功率放大電路的缺點(diǎn)，使開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，提高了功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率。諧振變換器作為無(wú)線電能傳輸?shù)陌l(fā)射裝置也早已有研究，但是由于功率器件的技術(shù)限制了輸出功率和工作頻率無(wú)法做得很高。并且，開(kāi)關(guān)器件的增多也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
[0005]目前作為無(wú)線電能傳輸發(fā)射電路的類(lèi)型還是比較少，而且很多功率放大電路也不適合作為無(wú)線電能傳輸?shù)陌l(fā)射電路，因此有必要提出一種新的諧振式無(wú)線電能傳輸發(fā)射電路拓?fù)洹?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路。
[0007]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容和負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；輸入直流源的正極與第一開(kāi)關(guān)管的漏極、第二開(kāi)關(guān)管的漏極、第一電容的一端、第二電容的一端連接；第一開(kāi)關(guān)管的源極與第一電容的另一端、第一電感的一端、負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的一端連接；第二開(kāi)關(guān)管的源極與第二電容的另一端、第二電感的一端、負(fù)載網(wǎng)絡(luò)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(fù)極連接。
[0008]所述的一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于第一電容和第二電容的作用在于實(shí)現(xiàn)第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)。[0009]所述的一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于第三電感和第三電容和負(fù)載組成負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。第三電感與第三電容實(shí)現(xiàn)LC諧振。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、采用開(kāi)關(guān)型的變換電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)電壓、電流不同時(shí)出現(xiàn)的原理設(shè)計(jì)，DC-AC轉(zhuǎn)換效率高，理論效率達(dá)到100%。
[0011]2、所設(shè)計(jì)的電路具有參數(shù)對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，因此，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)高頻變換電路。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施方案中在不同階段UtTi1)的工作示意圖。
[0014]圖3a?圖3b為實(shí)施方案中不同工作階段對(duì)應(yīng)的工作模態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方案
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此。
實(shí)施例
[0016]如圖1，一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，包括第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2、第一電感Z1、第二電感Z2、第一電容q，第二電容C2和負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；所述負(fù)載網(wǎng)絡(luò)由第三電感L和第三電容C和負(fù)載組成。
[0017]第一電容C1和第二電容C2的作用在于實(shí)現(xiàn)第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管S2的軟開(kāi)關(guān)。
[0018]圖2給出了本發(fā)明的工作原理，圖3給出了本發(fā)明的工作模態(tài)。電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
(I)當(dāng)t二U時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S1由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)管S2由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通。此時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S1兩端的電壓為零，即實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；第二開(kāi)關(guān)管S2兩端的電壓也為零，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。輸入直流源Kin開(kāi)始給第一電容C1充電。輸入直流源Kin通過(guò)第二開(kāi)關(guān)管S2給負(fù)載網(wǎng)絡(luò)供電。
[0019](2)在階段，第一開(kāi)關(guān)管S1保持關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)管S2保持導(dǎo)通。在此階段過(guò)程中，第一電容C1兩端的電壓先增大后減小，如果負(fù)載W選擇合適，在此階段結(jié)束時(shí)，第一電容C1兩端的電壓將會(huì)下降為零。等效電路如圖3a所示。
[0020](3)當(dāng)t二U時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S1由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管S2由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷。此時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S1兩端的電壓為零，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通；第二開(kāi)關(guān)管S2兩端的電壓也為零，實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。輸入直流源Kin開(kāi)始給第二電容C2充電。輸入直流源Kin通過(guò)第一開(kāi)關(guān)管S1給負(fù)載網(wǎng)絡(luò)供電。
[0021](4)在tx?t2階段，第一開(kāi)關(guān)管S1保持導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管S2保持關(guān)斷。在此階段過(guò)程中，第二電容C2兩端的電壓先增大后減小，如果負(fù)載選擇合適，在此階段結(jié)束時(shí)，第二電容G兩端的電壓將會(huì)下降為零。等效電路如圖3b所示。
[0022]為驗(yàn)證本發(fā)明的一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路的正確性，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該電路實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，理論效率達(dá)到100%。
【權(quán)利要求】
1.一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于包括第一開(kāi)關(guān)管(Si)、第二開(kāi)關(guān)管(s2)、第一電感(Z1)'第二電感(Z2)、第一電容(G)、第二電容(Ct2)和負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；輸入直流源(Kin)的正極與第一開(kāi)關(guān)管(S1)的漏極、第二開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)管(S1)的源極與第一電容(Cr1)的另一端、第一電感(Z1)的一端、負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的一端連接；第二開(kāi)關(guān)管(S2)的源極與第二電容(C2)的另一端、第二電感(Z2)的一端、負(fù)載網(wǎng)絡(luò)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(fù)極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于第一電容(C1)和第二電容(C2)實(shí)現(xiàn)第一開(kāi)關(guān)管(S1)和第二開(kāi)關(guān)管(S2)的軟開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于第三電感a)和第三電容(^)和負(fù)載ο?)組成負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，第三電感a)與第三電容(^)實(shí)現(xiàn)LC諧振。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK103647468SQ201310615407
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】張波, 黃潤(rùn)鴻, 丘東元 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)