具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的充電系統(tǒng)的高頻變換電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路，包括一個(gè)MOS管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射線圈、接收線圈、整流電路、DC-DC變換電路和負(fù)載。所述的高頻變換電路通過MOS管的開通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)DC-AC變換，并由第一電容實(shí)現(xiàn)MOS管的軟開關(guān)；所述的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以把過大或過小的負(fù)載轉(zhuǎn)換為合適的負(fù)載，以達(dá)到與設(shè)計(jì)電路的負(fù)載相匹配；所述的發(fā)射線圈和接收線圈實(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)為可給負(fù)載充電的電能；所述的負(fù)載為無線充電設(shè)備的等效負(fù)載。該發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單、DC-AC轉(zhuǎn)換效率高，并能夠適應(yīng)寬負(fù)載變化范圍。
【專利說明】具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的充電系統(tǒng)的高頻變換電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線電能傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路。
【背景技術(shù)】
[0002]1894年,從M.Hutin和M.Leblanc嘗試用3kHz的交流電給牽引電車感應(yīng)供電,這可能是世界上第一個(gè)用感應(yīng)方式給牽引電車供電的嘗試。20世紀(jì)60年代非接觸供電在植入式醫(yī)療設(shè)備的供電得到嘗試。20世紀(jì)80年代感應(yīng)式電能傳輸在電動(dòng)汽車的無線充電方面得到了很好的理論探索和實(shí)踐。20世紀(jì)90年代，新西蘭奧克蘭大學(xué)的學(xué)者豐富和完善了 ICPT (Inductively Coupled Power Transfer, ICPT)技術(shù)，即感應(yīng)稱合電能傳輸。2005年，香港城市大學(xué)的團(tuán)隊(duì)研制成功非接觸充電平臺(tái)，對(duì)無線電能傳輸?shù)陌l(fā)展具有重要意義。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)成為了無線電能傳輸技術(shù)的又一個(gè)新突破，并且掀起了無線電能傳輸研究的熱潮。
[0003]無線電能傳輸技術(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)日益受到世界各國的重視，并越來越廣泛應(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、軌道電車供電等場合，并有望在不久的將來能夠在小功率電子產(chǎn)品無線充電方面取代傳統(tǒng)的插頭充電。
[0004]作為無線電能傳輸?shù)墓β史糯箅娐?，傳統(tǒng)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(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題。開關(guān)型的D類、E類、DE類功率放大電路克服了傳統(tǒng)型功率放大電路效率不高的缺點(diǎn)，使開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，提高了功率放大電路的轉(zhuǎn)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(yīng)用于無線電能傳輸系統(tǒng)，并沒有考慮到負(fù)載變化時(shí)阻抗不匹配對(duì)效率的影響。特別是對(duì)于開關(guān)型的功率放大電路，雖然具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是負(fù)載的變化容易導(dǎo)致電路失去軟開關(guān)的功能，導(dǎo)致開關(guān)管發(fā)熱嚴(yán)重，以致燒壞開關(guān)管。
[0005]目前作為適合寬負(fù)載變化范圍的無線電能傳輸發(fā)射電路的類型還是比較少，并且阻抗匹配技術(shù)只是應(yīng)用于射頻領(lǐng)域的無線電能傳輸，因此有必要提出一種新的技術(shù)解決無線充電系統(tǒng)寬負(fù)載變化范圍的問題。

【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，提供具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路。
[0007]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路，包括一個(gè)MOS管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射線圈、接收線圈、整流電路、DC-DC變換電路和負(fù)載。[0009]上述的具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路，MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括反并聯(lián)的二極管；第一電容并聯(lián)在MOS管的兩端，實(shí)現(xiàn)MOS管的軟開關(guān)。
[0010]上述的具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)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(fù)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(wǎng)絡(luò)連接；阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)射線圈構(gòu)成無線充電系統(tǒng)的發(fā)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(gòu)成接收部分，并對(duì)負(fù)載片進(jìn)行充電。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、采用開關(guān)型的高頻變換電路結(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%。
[0013]2、所述的具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路只有一個(gè)MOS管，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制電路容易實(shí)現(xiàn)。
[0014]3、所述的具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路具有阻抗匹配的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)寬負(fù)載變化范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施方案的具體電路圖。
[0017]圖3a~圖3c分別圖2中負(fù)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(shí)圖2中負(fù)載兩端的電壓波形，MOS管的電流、電壓波形。
[0019]
具體實(shí)施方案
[0020]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。
[0021]圖1所示具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)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(fù)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(wǎng)絡(luò)連接；阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)射線圈構(gòu)成無線充電系統(tǒng)的發(fā)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(gòu)成接收部分，并對(duì)負(fù)載&進(jìn)行充電。
[0022]實(shí)施例
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施方案的具體電路圖。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)以簡單的L型匹配為例，以Lm和Cm表示。發(fā)射線圈等效為原邊電感Lp和原邊電容Cp的串聯(lián)，接收線圈等效為副邊電感Ls和副邊電容的Cs的串聯(lián)，忽略發(fā)射線圈和接收線圈的內(nèi)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(huán)節(jié)。
[0024]本實(shí)施例電路的基本參數(shù)如表1所示。
[0025]表1
[0026]
【權(quán)利要求】
1.具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于包括一個(gè)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(wǎng)絡(luò)、發(fā)射線圈、接收線圈、整流電路、DC-DC變換電路和負(fù)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(fù)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(wǎng)絡(luò)連接；第一電容(C0)并聯(lián)在MOS管(S)的兩端，實(shí)現(xiàn)MOS管(S)的軟開關(guān)；阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)射線圈構(gòu)成無線充電系統(tǒng)的發(fā)射部分；接收線圈與整流電路、DC-DC變換電路依次連接構(gòu)成接收部分，并對(duì)負(fù)載(慫)進(jìn)行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于所述MOS管(S)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括反并聯(lián)的二極管(D)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的無線充電系統(tǒng)的高頻變換電路，其特征在于所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)為L型、CLC型和LCL型匹配網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103825467SQ201310633822
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】張波, 黃潤鴻, 丘東元 申請人:華南理工大學(xué)