一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電模塊、中等功率家用電器供電模塊和小功率用電器無線供電模塊。其中太陽能發(fā)電模塊分別與中等功率家用電器供電模塊和小功率用電器無線供電模塊相連。太陽能發(fā)電模塊中的充放電控制器與蓄電池相連，可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向流動(dòng)；在小功率用電器無線供電模塊中，高頻逆變和功率放大模塊與發(fā)射線圈直接相連，接收線圈與小功率用電器相連，發(fā)射線圈和接收線圈間可以進(jìn)行無線輸電。本實(shí)用新型在充分利用太陽能的同時(shí)，將多余的電能儲(chǔ)存于蓄電池中，有利于電能最大化利用。采用諧振耦合無線電能傳輸方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小功率用電器無線供電。本實(shí)用新型具有操作簡單可靠，環(huán)保便捷等特點(diǎn)。
【專利說明】一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種無線供電系統(tǒng)，具體涉及一種家用太陽能供電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活水平的提高，對(duì)電力的需求和依賴程度也越來越高，而太陽能資源取之不盡、安全清潔，是最理想的可再生能源。
[0003]現(xiàn)有的有線供電技術(shù)存在引線過長，接線龐雜，人工操作復(fù)雜，接口易磨損，時(shí)有電火花、接觸不良等現(xiàn)象，給人們的日常生活用電造成了一定的危險(xiǎn)和很大的不便。
[0004]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。
[0005]目前的無線電能傳輸方式主要有三種:一種為近距離的感應(yīng)耦合無線電能傳輸，效率高(90%以上)，距離近(1cm以下);一種為中距離的諧振耦合無線電能傳輸，效率較高，距離較遠(yuǎn)；第三種是遠(yuǎn)距離的微波/激光無線電能傳輸，效率較低，傳輸距離遠(yuǎn)，太陽能屬于一種微波無線電能傳輸。現(xiàn)在已經(jīng)有某些電子產(chǎn)品可以進(jìn)行無線充電，但多為感應(yīng)式無線充電，充電距離非常短。為了在較大距離內(nèi)進(jìn)行無線充電，因此考慮利用諧振式無線輸電技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服目前有線供電的種種不足，綜合利用現(xiàn)有的無線電能傳輸技術(shù)，為各種中小功率家用電器提供環(huán)保、安全、可靠、便捷的供電系統(tǒng)。
[0007]本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其包括太陽能發(fā)電模塊，中等功率家用電器供電模塊和小功率用電器無線供電模塊；其中太陽能發(fā)電模塊分別與中等功率家用電器供電模塊和小功率用電器無線供電模塊相連并提供電能；所述的太陽能發(fā)電模塊包括太陽能電池板、充放電控制器和蓄電池，太陽能電池板與充放電控制器的輸入端相連，充放電控制器的三個(gè)輸出端分別與蓄電池、中等功率家用電器供電模塊和小功率用電器無線供電模塊相連，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能經(jīng)充放電控制器后一部分直接為中等功率家用電器供電模塊和小功率用電器無線供電模塊供電，另一部分儲(chǔ)存于蓄電池中。
[0009]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，充放電控制器的第一輸出端與蓄電池相連；中等功率家用電器供電模塊包括逆變器和家用電器，其中逆變器的輸入端與充放電控制器的第二輸出端相連，輸出端接中等功率家用電器；中等功率家用電器供電模塊將來自于充放電控制器的直流電輸送到逆變器中，直流電被轉(zhuǎn)換為工頻交流電后直接對(duì)中等功率家用電器進(jìn)行有線供電。
[0010]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，小功率用電器無線供電模塊包括高頻逆變和功率放大模塊、發(fā)射線圈、接收線圈、無線充電板和小功率用電器，其中高頻逆變和功率放大模塊的輸入端與充放電控制器的第三輸出端相連，輸出端接發(fā)射線圈，接收線圈與無線充電板內(nèi)部的高頻整流穩(wěn)壓電路的輸入端相連，無線充電板中整流穩(wěn)壓電路的輸出端接小功率用電器；來自充放電控制器的直流電經(jīng)高頻逆變和功率放大模塊轉(zhuǎn)換后，輸入到發(fā)射線圈中，在發(fā)射線圈周圍產(chǎn)生高頻電磁波，接收線圈通過電磁場與發(fā)射線圈發(fā)生耦合諧振，吸收發(fā)射線圈傳遞的電能，電能通過無線充電板中的高頻整流穩(wěn)壓電路后送至輸出端口，為小功率用電器供電。
[0011]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，接收線圈內(nèi)嵌于無線充電板中或者小功率用電器中。
[0012]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，所述充放電控制器包括穩(wěn)壓二極管、電感、第一二極管、第二二極管、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一采樣電阻、第二采樣電阻、電流互感器、單片機(jī)、PWM信號(hào)放大電路、輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路、輸入端和三個(gè)輸出端；其中太陽能電池板與充放電控制器輸入端一側(cè)相連，并且正負(fù)極對(duì)應(yīng)連接，穩(wěn)壓二極管并聯(lián)在充放電控制器輸入端的另一側(cè)，電感的一端分別與穩(wěn)壓二極管的一端及輸入端正極相連，電感的另一端分別與第一二極管及第二二極管的陽極相連，第一二極管的陰極分別與第一采樣電阻的一端及控制器三個(gè)輸出端的正極直接相連，第一采樣電阻的另一端分別與第二采樣電阻的一端及單片機(jī)電壓采樣輸入端相連，第二采樣電阻的另一端分別與第二開關(guān)管的源極和第一輸出端的負(fù)極相連，第二二極管的陰極與第一開關(guān)管的漏極相連，第一開關(guān)管的源極與充放電控制器輸入端的負(fù)極和第一輸出端的負(fù)極直接相連，第一開關(guān)管的柵極與PWM信號(hào)放大電路的輸出端相連，PWM信號(hào)放大器的輸入端與單片機(jī)第一信號(hào)輸出端相連，第二開關(guān)管的漏極分別與第二輸出端和第三輸出端的負(fù)極相連，第二開關(guān)管的柵極與輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端相連，輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與單片機(jī)的第二輸出端相連，電流互感器安裝在開關(guān)管Q2源極與第一輸出端負(fù)極的連接線上，電流互感器的輸出端與單片機(jī)的電流采樣輸入端相連，第一輸出端的正極與蓄電池的正極相連，第一輸出端的負(fù)極與蓄電池的負(fù)極相連；太陽能電池板上為充放電控制器供電，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定輸入端的電壓，電感用來儲(chǔ)能和提升電壓，第一二極管為整流二極管，第二二極管用于防止該支路電流回流，第一采樣電阻和第二采樣電阻對(duì)充放電控制器的輸出電壓進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果送至單片機(jī)電壓采樣輸入端，與單片機(jī)內(nèi)部比較器的參考電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)單片機(jī)第一信號(hào)輸出端，被送至PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；電流互感器用來采樣第二開關(guān)管的電流大小，并將電流采樣結(jié)果送至單片機(jī)電流采樣輸入端，與單片機(jī)內(nèi)部比較器的參考電流進(jìn)行比較，產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)單片機(jī)第二信號(hào)輸出端，被送至輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；其中PWM信號(hào)放大電路把來自單片機(jī)的PWM信號(hào)進(jìn)行放大，輸出脈沖信號(hào)到第一開關(guān)管的柵極，控制其開通和關(guān)斷，從而使輸出電壓維持在設(shè)定范圍內(nèi)；輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路將來自單片機(jī)的PWM信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，輸出脈沖信號(hào)來控制第二開關(guān)管的開通和關(guān)斷，從而對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)；充放電控制器的第一輸出端與蓄電池相連，在太陽能電池板供電充足時(shí)，充放電控制器為蓄電池充電，當(dāng)太陽能電池板供電不足或者用電負(fù)荷較大時(shí)，蓄電池反過來為充放電控制器供電；第二輸出端與中等功率用電器模塊相連，為其供電；第三輸出端與小功率用電器模塊相連，為其供電；充放電控制器輸出電壓的額定值為24V、36V和48V三種。
[0013]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，所述發(fā)射線圈和接收線圈組成諧振耦合電路，該耦合電路均采用LC振蕩電路，發(fā)射線圈和接收線圈的電路振蕩頻率相同，且與高頻逆變和功率放大模塊內(nèi)的系統(tǒng)逆變頻率相同，從而實(shí)現(xiàn)諧振耦合電能的無線傳輸。
[0014]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，所述的發(fā)射線圈LI為Q值大于50的線圈，線圈形狀為空間螺旋式或平面盤式；所述發(fā)射線圈LI固定在墻面內(nèi)或天花板上或嵌在地板下；接收線圈也為Q值大于50的線圈，形狀為空間螺旋式或者平面內(nèi)環(huán)式，接收線圈內(nèi)嵌于無線充電板中或者直接集成在小功率用電器內(nèi)。
[0015]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，所述的發(fā)射線圈和接收線圈都并聯(lián)或者串聯(lián)有可調(diào)電容。
[0016]上述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)中，所述的高頻逆變和功率放大模塊包括高頻逆變器、功率放大器和阻抗匹配電路，來自充放電控制器的直流電經(jīng)此模塊后轉(zhuǎn)化為高頻交流電，通入發(fā)射線圈中。
[0017]根據(jù)權(quán)利要求7所述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，接收線圈及與之相連接的高頻整流穩(wěn)壓電路集成于無線充電板中或者小功率用電器內(nèi)部。
[0018]與現(xiàn)在的有線供電技術(shù)相比，本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn):利用太陽能可以實(shí)現(xiàn)用戶用電自給自足，并且太陽能環(huán)保、清潔；通過諧振耦合無線輸電方式，可以在室內(nèi)大范圍內(nèi)為帶有無線充電接收裝置的用電器充電；對(duì)于不含無線充電接收裝置的用電器而言，可以直接通過連接無線充電板中的充電端口 D進(jìn)行充電；蓄電池可以儲(chǔ)存多余的電能，在太陽能供電不足或用電負(fù)荷較大時(shí)釋放電能，提高系統(tǒng)的供電能力；對(duì)于位置較為固定的、中等功率的家用電器(如電冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)等)可以通過有線供電。從總體上講，該供電系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、安全可靠、傳輸距離遠(yuǎn)、方便靈活、傳輸效率高的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本實(shí)用新型的實(shí)際效果圖。
[0021]圖3是充放電控制器的內(nèi)部框圖。
[0022]圖4是諧振耦合無線輸電原理圖。
[0023]圖5a、圖5b是無線電能傳輸發(fā)射線圈和接收線圈形狀圖(盤式和螺旋式兩種)。
[0024]圖6是高頻逆變和功率放大模塊框圖
[0025]圖7為無線充電板內(nèi)部框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施和保護(hù)不限于此。
[0027]如圖1所示，一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)包括太陽能電池板S、充放電控制器K、蓄電池B、逆變器Ml、高頻逆變和功率放大模塊M2、無線發(fā)射線圈L1、無線接收線圈L2、無線充電板P、用電器充電接口 D、中小功率用電器Al和A2。其中太陽能電池板與充放電控制器的輸入端相連，充放電控制器的第一輸出端與蓄電池相連，第二輸出端與中等功率家用電器供電模塊中的逆變器相連，第三輸出端與小功率用電器無線供電模塊中的高頻逆變和功率放大器相連。逆變器Ml的輸出端與家用電器Al相連，高頻逆變和功率放大器M2的輸出端與發(fā)射線圈LI相連，接收線圈L2內(nèi)嵌于無線充電板P中，無線充電板的輸出端口 D與小功率用電器相連。
[0028]通過太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能，電能經(jīng)充放電控制器轉(zhuǎn)換后流向三個(gè)方向:一部分為中等功率(一般在100W到500W范圍內(nèi))家用電器模塊直接供電(如電視機(jī)、電冰箱等);一部分給小功率用電器(100W以下)進(jìn)行無線供電；還有一部分剩余的電能被儲(chǔ)存于蓄電池中。在電能充足的時(shí)候，蓄電池吸收太陽能電池板輸送過來的多余電能，在電能不足的時(shí)候，將儲(chǔ)存的電能反饋到整個(gè)供電系統(tǒng)中，為相關(guān)家用電器提供電能。
[0029]中等功率家用電器供電模塊II將來自于充放電控制器的直流電輸送到逆變器Ml中，直流電被轉(zhuǎn)換為工頻交流電一般為220V，50Hz后直接對(duì)中等功率家用電器Al位置相對(duì)固定進(jìn)行有線供電；小功率用電器無線供電模塊III包括高頻逆變和功率放大模塊M2、發(fā)射線圈L1、接收線圈L2、無線充電板P和小功率用電器A2，其中高頻逆變和功率放大模塊M2的輸入端與充放電控制器K的第三輸出端相連，輸出端接發(fā)射線圈LI，接收線圈L2與無線充電板P內(nèi)部的高頻整流穩(wěn)壓電路Cl的輸入端相連，無線充電板的輸出端接小功率用電器A2 ;來自充放電控制器的直流電經(jīng)高頻逆變和功率放大模塊變換后，輸入到發(fā)射線圈中，產(chǎn)生高頻電磁波，接收線圈通過電磁場與發(fā)射線圈發(fā)生耦合諧振，吸收電能，接收線圈L2內(nèi)嵌于無線充電板P中，電能通過無線充電板中的高頻整流穩(wěn)壓電路Cl后送至輸出端口D，為小功率用電器A2供電。
[0030]圖2為本實(shí)用新型的實(shí)際效果圖，從圖中可以看出，體積較大、功率中等的家用電器通常會(huì)固定在室內(nèi)的某個(gè)角落，或者墻面上。為了降低能量傳輸功率損耗，提高系統(tǒng)的電能傳輸效率，可以通過導(dǎo)線直接對(duì)其供電；諧振耦合的發(fā)射線圈LI通常嵌入在地面、墻面或者天花板里；諧振耦合接收線圈通常置于無線充電板內(nèi)部，與后級(jí)的整流穩(wěn)壓電路相連，電能最終輸出到充電端口 D。當(dāng)然，對(duì)于帶有無線電能接收裝置的用電器，由于其本身帶有諧振耦合接收線圈，可以直接進(jìn)行無線充電。
[0031 ] 圖3是本系統(tǒng)中充放電控制器K的內(nèi)部框圖。充放電控制器K包括穩(wěn)壓二極管W、電感L、第一二極管D1、第二二極管D2、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第一采樣電阻R1、第二采樣電阻R2、電流互感器CT、單片機(jī)、PWM信號(hào)放大電路、輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路、輸入端和三個(gè)輸出端。其中太陽能電池板與充放電控制器輸入端一側(cè)相連，穩(wěn)壓二極管W并聯(lián)在充放電控制器輸入端的另一側(cè)，電感L的一端分別與穩(wěn)壓二極管W的一端及輸入端正極相連，電感L的另一端分別與第一二極管Dl及第二二極管D2的陽極相連，第一二極管Dl的陰極分別與采樣電阻Rl的一端及控制器三個(gè)輸出端的正極直接相連，第一采樣電阻Rl的另一端分別與第二采樣電阻R2的一端及單片機(jī)電壓采樣輸入端相連，第二采樣電阻R2的另一端分別與第二開關(guān)管Q2的源極和第一輸出端的負(fù)極相連，第二二極管D2的陰極與第一開關(guān)管Ql的漏極相連，第一開關(guān)管Ql的源極與充放電控制器輸入端的負(fù)極和第一輸出端的負(fù)極直接相連，第一開關(guān)管Ql的柵極與PWM信號(hào)放大電路的輸出端相連，PWM信號(hào)放大器的輸入端與單片機(jī)第一信號(hào)輸出端相連，第二開關(guān)管Q2的漏極分別與第二輸出端和第三輸出端的負(fù)極相連，開關(guān)管Q2的柵極與輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出端相連，輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與單片機(jī)的第二輸出端相連，電流互感器CT安裝在第二開關(guān)管Q2源極與第一輸出端負(fù)極的連接線上，電流互感器CT的輸出端與單片機(jī)的電流采樣輸入端相連，第一輸出端的正極與蓄電池的正極相連，第一輸出端的負(fù)極與蓄電池的負(fù)極相連。太陽能電池板上的電能通過充放電控制器與輸出端為其供電，穩(wěn)壓二極管W穩(wěn)定輸入端的電壓，電感L用來儲(chǔ)能和提升電壓，第一二極管Dl為整流二極管，第二二極管D2為了防止該支路電流回流，第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2對(duì)充放電控制器的輸出電壓進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果送至單片機(jī)電壓采樣輸入端，與單片機(jī)內(nèi)部比較器的參考電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)單片機(jī)第一信號(hào)輸出端，被送至PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；電流互感器CT用來采樣第二開關(guān)管Q2的電流大小，并將電流采樣結(jié)果送至單片機(jī)電流采樣輸入端，與單片機(jī)內(nèi)部比較器的參考電流進(jìn)行比較，產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)單片機(jī)第二信號(hào)輸出端，被送至輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；其中PWM信號(hào)放大電路把來自單片機(jī)的PWM信號(hào)進(jìn)行放大，輸出脈沖信號(hào)到第一開關(guān)管Ql的柵極，控制其開通和關(guān)斷，從而使輸出電壓維持在一定范圍內(nèi)；輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路將來自單片機(jī)的控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，也輸出脈沖信號(hào)來控制第二開關(guān)管Q2的開通和關(guān)斷，從而對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)。充放電控制器的第一輸出端與蓄電池相連，在太陽能電池板供電充足時(shí)，充放電控制器為蓄電池充電，當(dāng)太陽能電池板供電不足或者用電負(fù)荷較大時(shí)，蓄電池為系統(tǒng)供電；第二輸出端與中等功率用電器模塊相連，為其供電；第三輸出端與小功率用電器模塊相連，為其供電。充放電控制器的輸出電壓的額定值主要有24V、36V和48V三種。
[0032]本系統(tǒng)采用諧振式無線電能傳輸技術(shù)，其原理如圖4所示。在實(shí)際應(yīng)用中電感線圈(包括發(fā)射和接收)均與可調(diào)電容相并聯(lián)(或串聯(lián))，其中發(fā)射線圈的外徑相對(duì)較大，一般在Im以上，接收線圈半徑相對(duì)較小，根據(jù)實(shí)際情況而定。線圈形狀有平面盤式(5a)和空間螺旋式(圖5b)兩種，如圖5所示，本系統(tǒng)采用平面盤式形狀，便于室內(nèi)安裝，節(jié)省空間。另外為了提高系統(tǒng)的整體電能傳輸性能，一般采用高Q值線圈。
[0033]小功率用電器無線供電系統(tǒng)的發(fā)射部分如圖6所示，充放電控制器將直流電輸入到高頻逆變電路，電流頻率被被調(diào)至MHz級(jí)，之后與功率放大器相連，將高頻交流電通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)傳至發(fā)射線圈LI，發(fā)射線圈一般與可變電容C串聯(lián)或者并聯(lián)，調(diào)節(jié)可變電容C可以使得線圈的固有頻率與系統(tǒng)頻率相同，達(dá)到諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)諧振式無線供電。使用前調(diào)節(jié)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)達(dá)到最佳匹配狀態(tài)。
[0034]無線充電板內(nèi)部框圖如圖7所示，接收線圈L2與可調(diào)電容C相連，使用前調(diào)節(jié)電容是使接收端諧振頻率與系統(tǒng)頻率相同，達(dá)到諧振狀態(tài)，電能可以通過諧振耦合在發(fā)射線圈和接收線圈之間進(jìn)行有效傳輸。接收線圈的電能經(jīng)過高頻整流穩(wěn)壓電路Cl輸出到充電端口 D，為小功率用電器充電。另外如果現(xiàn)有的移動(dòng)用電器內(nèi)部帶有無線充電接受裝置，那么可以直接接受發(fā)射線圈LI傳遞的電能，進(jìn)行無線充電。
[0035]本系統(tǒng)利用可再生能源太陽能為家用的中小功率用電器提供電能供應(yīng)，其中，中等功率用電器一般采用有線供電，小功率便攜式用電器采用無線供電方式，在實(shí)際應(yīng)用中可以給用戶提供很大方便，而且節(jié)約能源。
【權(quán)利要求】
1.一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于包括太陽能發(fā)電模塊(I)，中等功率家用電器供電模塊(II)和小功率用電器無線供電模塊(III);其中太陽能發(fā)電模塊(I)分別與中等功率家用電器供電模塊(II)和小功率用電器無線供電模塊(III)相連并提供電能；所述的太陽能發(fā)電模塊⑴包括太陽能電池板(S)、充放電控制器(K)和蓄電池(B)，太陽能電池板(S)與充放電控制器(K)的輸入端相連,充放電控制器(K)的三個(gè)輸出端分別與蓄電池(B)、中等功率家用電器供電模塊(II)和小功率用電器無線供電模塊(III)相連，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能經(jīng)充放電控制器后一部分直接為中等功率家用電器供電模塊和小功率用電器無線供電模塊供電，另一部分儲(chǔ)存于蓄電池中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于充放電控制器(K)的第一輸出端與蓄電池(B)相連；中等功率家用電器供電模塊包括逆變器(Ml)和家用電器(Al)，其中逆變器(Ml)的輸入端與充放電控制器的第二輸出端相連，輸出端接中等功率家用電器(Al);中等功率家用電器供電模塊(II)將來自于充放電控制器的直流電輸送到逆變器(Ml)中，直流電被轉(zhuǎn)換為工頻交流電后直接對(duì)中等功率家用電器(Al)進(jìn)行有線供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于小功率用電器無線供電模塊(III)包括高頻逆變和功率放大模塊(M2)、發(fā)射線圈(LI)、接收線圈(L2)、無線充電板(P)和小功率用電器(A2)，其中高頻逆變和功率放大模塊(M2)的輸入端與充放電控制器(K)的第三輸出端相連，輸出端接發(fā)射線圈(LI)，接收線圈(L2)與無線充電板(P)內(nèi)部的高頻整流穩(wěn)壓電路(Cl)的輸入端相連，無線充電板中整流穩(wěn)壓電路的輸出端接小功率用電器(A2);來自充放電控制器的直流電經(jīng)高頻逆變和功率放大模塊轉(zhuǎn)換后，輸入到發(fā)射線圈中，在發(fā)射線圈周圍產(chǎn)生高頻電磁波，接收線圈通過電磁場與發(fā)射線圈發(fā)生耦合諧振，吸收發(fā)射線圈傳遞的電能，電能通過無線充電板中的高頻整流穩(wěn)壓電路(Cl)后送至輸出端口(D)，為小功率用電器(A2)供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，接收線圈(L2)內(nèi)嵌于無線充電板(P)中或者小功率用電器(A2)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，所述充放電控制器(K)包括穩(wěn)壓二極管(W)、電感(L)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第一開關(guān)管(Q1)、第二開關(guān)管(Q2)、第一采樣電阻(R1)、第二采樣電阻(R2)、電流互感器(CO、單片機(jī)、PWM信號(hào)放大電路、輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路、輸入端和三個(gè)輸出端；其中太陽能電池板與充放電控制器輸入端一側(cè)相連，并且正負(fù)極對(duì)應(yīng)連接，穩(wěn)壓二極管(W)并聯(lián)在充放電控制器輸入端的另一側(cè)，電感(L)的一端分別與穩(wěn)壓二極管(W)的一端及輸入端正極相連，電感(L)的另一端分別與第一二極管(Dl)及第二二極管(D2)的陽極相連，第一二極管(Dl)的陰極分別與第一采樣電阻(Rl)的一端及控制器三個(gè)輸出端的正極直接相連，第一采樣電阻(Rl)的另一端分別與第二采樣電阻(R2)的一端及單片機(jī)電壓采樣輸入端相連，第二采樣電阻(R2)的另一端分別與第二開關(guān)管(Q2)的源極和第一輸出端的負(fù)極相連，第二二極管(D2)的陰極與第一開關(guān)管(Ql)的漏極相連，第一開關(guān)管(Ql)的源極與充放電控制器輸入端的負(fù)極和第一輸出端的負(fù)極直接相連，第一開關(guān)管(Ql)的柵極與PWM信號(hào)放大電路的輸出端相連，PWM信號(hào)放大器的輸入端與單片機(jī)第一信號(hào)輸出端相連，第二開關(guān)管(Q2)的漏極分別與第二輸出端和第三輸出端的負(fù)極相連，第二開關(guān)管(Q2)的柵極與輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端相連，輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與單片機(jī)的第二輸出端相連，電流互感器(CT)安裝在第二開關(guān)管(Q2)源極與第一輸出端負(fù)極的連接線上，電流互感器(CT)的輸出端與單片機(jī)的電流米樣輸入端相連,第一輸出端的正極與蓄電池的正極相連，第一輸出端的負(fù)極與蓄電池的負(fù)極相連；太陽能電池板上為充放電控制器供電，穩(wěn)壓二極管(W)穩(wěn)定輸入端的電壓，電感(L)用來儲(chǔ)能和提升電壓，第一二極管(Dl)為整流二極管，第二二極管(D2)用于防止本支路電流回流，第一采樣電阻(Rl)和第二采樣電阻(R2)對(duì)充放電控制器的輸出電壓進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果送至單片機(jī)電壓采樣輸入端，與單片機(jī)內(nèi)部比較器的參考電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)單片機(jī)第一信號(hào)輸出端，被送至PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；電流互感器(CT)用來采樣第二開關(guān)管(Q2)的電流大小，并將電流采樣結(jié)果送至單片機(jī)電流采樣輸入端，與單片機(jī)內(nèi)部比較器的參考電流進(jìn)行比較，產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)單片機(jī)第二信號(hào)輸出端，被送至輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；其中PWM信號(hào)放大電路把來自單片機(jī)的PWM信號(hào)進(jìn)行放大，輸出脈沖信號(hào)到第一開關(guān)管(Ql)的柵極，控制其開通和關(guān)斷，從而使輸出電壓維持在設(shè)定范圍內(nèi)；輸出保護(hù)及功率驅(qū)動(dòng)電路將來自單片機(jī)的PWM信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，輸出脈沖信號(hào)來控制第二開關(guān)管(Q2)的開通和關(guān)斷，從而對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)；充放電控制器的第一輸出端與蓄電池相連，在太陽能電池板供電充足時(shí)，充放電控制器為蓄電池充電，當(dāng)太陽能電池板供電不足或者用電負(fù)荷較大時(shí)，蓄電池反過來為充放電控制器供電；第二輸出端與中等功率用電器模塊相連，為其供電；第三輸出端與小功率用電器模塊相連，為其供電；充放電控制器輸出電壓的額定值為24V、36V和48V三種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射線圈(LI)和接收線圈(L2)組成諧振耦合電路，該耦合電路均采用LC振蕩電路，發(fā)射線圈和接收線圈的電路振蕩頻率相同，且與高頻逆變和功率放大模塊內(nèi)的系統(tǒng)逆變頻率相同，從而實(shí)現(xiàn)諧振耦合電能的無線傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的發(fā)射線圈(LI)為Q值大于50的線圈，線圈形狀為空間螺旋式或平面盤式；所述發(fā)射線圈(LI)固定在墻面內(nèi)或天花板上或嵌在地板下；接收線圈(L2)也為Q值大于50的線圈，形狀為空間螺旋式或者平面內(nèi)環(huán)式，接收線圈(L2)內(nèi)嵌于無線充電板中或者直接集成在小功率用電器內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的發(fā)射線圈和接收線圈都并聯(lián)或者串聯(lián)有可調(diào)電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的高頻逆變和功率放大模塊(M2 )包括高頻逆變器、功率放大器和阻抗匹配電路，來自充放電控制器的直流電經(jīng)此模塊(M2)后轉(zhuǎn)化為高頻交流電，通入發(fā)射線圈(LI)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的家用太陽能無線供電系統(tǒng)，其特征在于，接收線圈(L2)及與之相連接的高頻整流穩(wěn)壓電路集成于無線充電板(P)中或者小功率用電器內(nèi)部。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK204068437SQ201420056525
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】王學(xué)梅, 王振亞 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)