無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置及系統(tǒng)，涉及無線充電領(lǐng)域，用以解決采用現(xiàn)有的無線充電技術(shù)進(jìn)行充電時(shí)，無線充電效率較低的問題。裝置包括：依次相連的頻率跟蹤部分電路、高頻逆變部分電路和LC諧振天線；頻率跟蹤部分電路用于捕獲電壓和電流的相位差并向高頻逆變部分電路輸出；高頻逆變部分電路用于根據(jù)相位差，使輸出信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移；LC諧振天線用于根據(jù)偏移后的信號(hào)頻率向外發(fā)射無線射頻信號(hào)。系統(tǒng)包括：相互連接的充電發(fā)射裝置和充電發(fā)射天線，以及與充電發(fā)射天線諧振的頻率跟蹤裝置。
【專利說明】無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置及系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實(shí)用新型涉及無線充電領(lǐng)域，尤其是無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置及系統(tǒng)?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]無線供電技術(shù)(Contactless Power Supply, CPS),也稱為感應(yīng)禍合電能傳輸技術(shù)(InductiveCoupled Power Transmiss1n, ICPT),無接觸供電是指輸電線路和負(fù)載方在沒有電氣連接和物理接觸，甚至在它們之問還有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下，完成電能的傳輸。無接觸供電技術(shù)的理論依據(jù)是電磁感應(yīng)原理，利用現(xiàn)代電力電了能量變換技術(shù)、磁場(chǎng)禍合技術(shù)，借助于現(xiàn)代控制理論和微電了控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量從靜止設(shè)備向可移動(dòng)設(shè)備的傳輸。
[0003]隨著工業(yè)化進(jìn)程的日益推進(jìn)，電動(dòng)的交通工具越來越多，電動(dòng)車已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在人們的生活中，電動(dòng)汽車也逐步面向市場(chǎng)，電動(dòng)汽車其動(dòng)力普遍采用蓄電池供電方式，它比傳統(tǒng)的汽車排放量小很多，對(duì)環(huán)境的影響非常小，在全球一致呼吁加強(qiáng)環(huán)保的今天，電動(dòng)汽車一定因其無污染性和易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。如果采用傳統(tǒng)的供電設(shè)備對(duì)車輛進(jìn)行充電有很多不利的地方，包括過多導(dǎo)線的存在，危險(xiǎn)性，還有戶外有線充電樁的侵害。在汽車內(nèi)部就需要針對(duì)這種電動(dòng)設(shè)備需要一種新的充電技術(shù)來替代現(xiàn)有的供電方式。無線充電就能很好的解決這些問題，無線充電只要有停車位就可以對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，甚至可以在汽車行駛過程中就對(duì)汽車進(jìn)行充電，這些優(yōu)點(diǎn)都非常利于電動(dòng)汽車的普及推廣。
[0004]但是采用現(xiàn)有的無線充電技術(shù)進(jìn)行充電時(shí)，無線充電效率較低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型提供了無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置及系統(tǒng)，用以解決采用現(xiàn)有的無線充電技術(shù)進(jìn)行充電時(shí)，無線充電效率較低的問題。
[0006]本實(shí)用新型的一種無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，包括:依次相連的頻率跟蹤部分電路、高頻逆變部分電路和LC諧振天線；其中，所述的頻率跟蹤部分電路，用于捕獲電壓和電流的相位差，并向高頻逆變部分電路輸出；所述的高頻逆變部分電路，用于根據(jù)所述相位差，使輸出信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移；所述的LC諧振天線，用于根據(jù)所述偏移后的信號(hào)頻率向外發(fā)射無線射頻信號(hào)。
[0007]其中，所述的頻率跟蹤部分電路包括:依次相連的電流信號(hào)檢測(cè)電路、差分放大電路、相位補(bǔ)償電路和鎖相環(huán)；電流信號(hào)檢測(cè)電路采用電流互感器的方式對(duì)LC諧振天線的輸入端進(jìn)行差分電流檢測(cè)，得到的差分電流經(jīng)過檢測(cè)電阻后輸出為差分電壓；所述的差分電壓再進(jìn)入差分放大電路輸出為差分放大電壓；所述的差分放大電壓與相位補(bǔ)償電路中的參考電壓比較，得到與差分電流相位相同的方波信號(hào)；再利用鎖相環(huán)捕獲差分放大電壓和差分電流的相位差，以及根據(jù)所述相位差控制加在高頻逆變部分電路上的電壓，使頻率跟蹤部分電路輸出的信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移。
[0008]其中，所述的高頻逆變部分電路包括:相互連接的高頻逆變器和PWM驅(qū)動(dòng)器；所述的PWM驅(qū)動(dòng)器接收根據(jù)所述相位差加在高頻逆變部分電路上的電壓，并將所述電壓放大，以驅(qū)動(dòng)高頻逆變器；所述的高頻逆變器根據(jù)PWM驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，改變輸出信號(hào)的頻率。
[0009]其中，所述的高頻逆變器采用諧振逆變器，通過諧振電感的方式傳遞能量。
[0010]其中，所述的LC諧振天線是線圈天線。
[0011]本實(shí)用新型的一種無線充電的發(fā)射系統(tǒng)，包括:相互連接的充電發(fā)射裝置和充電發(fā)射天線，以及與所述的充電發(fā)射天線諧振的頻率跟蹤裝置；所述的頻率跟蹤裝置是上述的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，用于跟蹤充電發(fā)射天線發(fā)出的無線射頻信號(hào)的頻率；所述的充電發(fā)射裝置通過充電發(fā)射天線向外發(fā)射無線射頻信號(hào)。
[0012]本實(shí)用新型的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置及系統(tǒng)，可以使發(fā)射天線和接收天線更好的進(jìn)行頻率匹配，提高無線充電的效率。主要用在電動(dòng)汽車無線充電領(lǐng)域，便于電動(dòng)汽車的推廣及普及。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0013]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的頻率跟蹤裝置的模塊圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的頻率跟蹤裝置的電路不意圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的無線充電發(fā)射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2中充電發(fā)射裝置21的結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0017]經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，充電發(fā)射天線和接收天線主要是線圈形式的天線，無線充電的能量傳遞主要依靠兩個(gè)發(fā)射接收天線之間的耦合達(dá)到能量傳遞的效果。整個(gè)能量傳遞的效率跟兩個(gè)天線之間的耦合效果直接相關(guān)，當(dāng)收發(fā)天線在位置上出現(xiàn)偏差時(shí)，都會(huì)引起頻率上的偏差，發(fā)射天線的磁通量就有一部分沒進(jìn)入接收天線，這樣兩個(gè)天線間的傳遞的能量就會(huì)降低，傳遞效率就降低，因此研究兩個(gè)天線之間的頻率關(guān)系就非常必要了。發(fā)明人考慮到，如果通過對(duì)發(fā)射線圈的輸出頻率實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射頻率源對(duì)LC發(fā)射固有諧振頻率同步跟蹤，這樣可以使發(fā)射天線和接收天線之間總是能夠滿足諧振的關(guān)系，從而達(dá)到提高傳輸效率，節(jié)約能量的目的。以下通過實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]實(shí)施例1、本實(shí)施例的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，參見圖1所示，包括:依次相連的頻率跟蹤部分電路11、高頻逆變部分電路12和LC諧振天線13。頻率跟蹤部分電路11用于捕獲電壓和電流的相位差，并向高頻逆變部分電路12輸出；高頻逆變部分電路12用于根據(jù)所述相位差，使輸出信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移；LC諧振天線13用于根據(jù)所述偏移后的信號(hào)頻率向外發(fā)射無線射頻信號(hào)。
[0019]為了進(jìn)一步說明上述頻率跟蹤部分電路11、高頻逆變部分電路12和LC諧振天線13的電路結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中提供但不限于如圖2所示電路結(jié)構(gòu)。頻率跟蹤部分電路11包括:依次相連的電流信號(hào)檢測(cè)電路111、差分放大電路112、相位補(bǔ)償電路113和鎖相環(huán)114 ;高頻逆變部分電路12包括:相互連接的高頻逆變器121和PWM驅(qū)動(dòng)器122。
[0020]其中，高頻逆變器121可以采用諧振逆變器，采用諧振電感代替變壓器來傳遞能量，減少了變壓器的損耗，可以提高無線傳輸?shù)木嚯x。PWM驅(qū)動(dòng)器122主要用于將鎖相環(huán)114的輸出電壓放大來驅(qū)動(dòng)高頻逆變器121改變頻率。
[0021]LC諧振天線13主要是線圈天線，用于無線充電能量的發(fā)射(即發(fā)射無線射頻信號(hào))。
[0022]電流信號(hào)檢測(cè)電路111采用電流互感器的方式，由于發(fā)射諧振電路沒有與地相連，因此電流檢測(cè)必須是差分電流檢測(cè)，差分電流經(jīng)過檢測(cè)電阻115后變成差分電壓Vd。差分電壓Vd再進(jìn)入差分放大電路112(如差分放大器)，經(jīng)過放大器變成Vp。在實(shí)際的電路中，電流采樣、頻率跟蹤、MOSFET管通斷都需要時(shí)間，會(huì)引起諧振電壓滯后諧振電流一定的相位角，會(huì)使得諧振逆變器工作在容性狀態(tài)，因此需要對(duì)逆變器進(jìn)行校準(zhǔn)，使其工作在諧振狀態(tài)，盡可能多的能量被接收端接收。Vp是電流檢測(cè)后差分放大的電壓，與相位補(bǔ)償電路113中的參考電壓比較(如過零比較器)，得到與初級(jí)線圈電流相位相同的方波信號(hào)。利用鎖相環(huán)114捕獲電壓和電流的相位差，控制加在高頻逆變部分電路12(如壓控振蕩器)上的電源電壓Vc，使輸出信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移，從而控制PWM驅(qū)動(dòng)器122的開關(guān)信號(hào)頻率實(shí)現(xiàn)諧振頻率的實(shí)時(shí)跟蹤。
[0023]實(shí)施例2、本實(shí)施例的無線充電的發(fā)射系統(tǒng)，參見圖3所示，包括:互連接的充電發(fā)射裝置21和充電發(fā)射天線22，以及與充電發(fā)射天線22諧振的頻率跟蹤裝置23。頻率跟蹤裝置23可以采用實(shí)施例1所示的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，在實(shí)際產(chǎn)品中頻率跟蹤裝置23可以位于充電發(fā)射裝置21內(nèi)部，用于跟蹤充電發(fā)射天線22發(fā)出的無線射頻信號(hào)的頻率。充電發(fā)射裝置21通過充電發(fā)射天線22向外發(fā)射無線射頻信號(hào)。
[0024]在實(shí)際安裝過程中，發(fā)射系統(tǒng)的充電發(fā)射裝置21安裝在停車位的前端，地面充電裝置借用現(xiàn)有的電力公司網(wǎng)絡(luò)，由電力公司供電線纜供電，對(duì)停車位進(jìn)行改造，安裝無線充電設(shè)備使其具有無線充電的功能。充電發(fā)射裝置21的內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)，可參見圖4所示，主要包括充電發(fā)射模塊211、充電檢測(cè)模塊212、充電控制模塊213、頻率跟蹤裝置23。充電控制模塊213控制著充電的整個(gè)過程，并且與電力系統(tǒng)后臺(tái)控制系統(tǒng)連接，根據(jù)電力公司的后臺(tái)系統(tǒng)的要求對(duì)車輛進(jìn)行充電。充電檢測(cè)模塊212接收反饋信號(hào)，用于檢測(cè)充電的效率、充電的頻率及通信信號(hào)，檢測(cè)充電裝置上方是否是被充電設(shè)備。充電發(fā)射模塊211將電源信號(hào)轉(zhuǎn)化成無線射頻信號(hào)，通過充電發(fā)射天線22發(fā)射出去。無線充電發(fā)射系統(tǒng)的電路控制部分和天線部分中，發(fā)射線圈和發(fā)射裝置通過線纜連接，發(fā)射線圈和寄生線圈之間通過空間耦合進(jìn)行能量傳遞。充電裝置的表殼采用硬質(zhì)的非金屬材質(zhì)制成(面向汽車的一面)，便于電磁波的投射，方便無線充電。電路控制部分制作在殼體之內(nèi)，保護(hù)電路不受外部破壞，并且防水防腐蝕。天線部分采用外置的天線，圍繞在電路控制部分外圍，天線采用直徑較粗的銅管的方式，銅管表面涂有三防漆，圍成3維線圈的方式，可用于長期室外工程。天線部分和電路部分再使用外殼包裝起來安裝在充電裝置的表面下方，使之一體化。電路部分的每個(gè)模塊都單獨(dú)采用金屬腔體安裝起來，相互模塊之間采用線纜連接，這樣布局比較比較清晰，并且能夠減少模塊之間的相互耦合，減少電磁干擾。
[0025]綜上所述本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0026]1、采用了無線充電裝置的方式，借用現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)線路，安裝在停車位的前方，工程改造比較小，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，便于無線充電的推廣普及。
[0027]2、當(dāng)普通的金屬放置在充電天線上時(shí)，它對(duì)充電天線電壓的影響和線圈天線的影響是不同的，我們通過反向檢測(cè)這些反饋影響的不同從而判斷是否是充電線圈天線，檢測(cè)車輛停放位置是否合適。
[0028]3、針對(duì)不同的被充設(shè)備，我們通過檢測(cè)電壓的變化，從而通過通信控制模塊控制充電電壓，進(jìn)而調(diào)整發(fā)射功率。
[0029]4、通過諧振天線本身的電容調(diào)整，我們可以調(diào)整線圈天線的諧振頻率，進(jìn)而可以和車載部分的充電天線形成共振匹配，利于提高無線充電的效率。并且多線圈中的每個(gè)線圈都存在可調(diào)的電容，可以調(diào)整對(duì)應(yīng)的頻率。
[0030]5、通過頻率跟蹤模塊的頻率調(diào)整，我們可以調(diào)整發(fā)射模塊的輸出頻率，進(jìn)而可以和車載部分的充電天線形成諧振匹配，利于提高無線充電的效率。并且接收天線也可以進(jìn)行頻率調(diào)整，這樣頻率調(diào)整的余量更大。
[0031]6、高頻逆變器采用諧振逆變器，采用諧振電感代替變壓器來傳遞能量，減少了變壓器的損耗，可以提高無線傳輸?shù)木嚯x。
[0032]7、在頻率調(diào)整模塊中，通過對(duì)逆變器進(jìn)行校準(zhǔn)，使其工作在諧振狀態(tài)，使諧振電壓和諧振電流沒有相位差，盡可能多的能量被接收端接收，提高效率。
[0033]這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用都只是說明性和示意性的，并非是想要將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是完全可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，實(shí)施例的替換和等效的各種部件均是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)，以及在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，其特征在于，包括:依次相連的頻率跟蹤部分電路、高頻逆變部分電路和LC諧振天線； 其中，所述的頻率跟蹤部分電路，用于捕獲電壓和電流的相位差，并向高頻逆變部分電路輸出； 所述的高頻逆變部分電路，用于根據(jù)所述相位差，使輸出信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移； 所述的LC諧振天線，用于根據(jù)所述偏移后的信號(hào)頻率向外發(fā)射無線射頻信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，其特征在于，所述的頻率跟蹤部分電路包括:依次相連的電流信號(hào)檢測(cè)電路、差分放大電路、相位補(bǔ)償電路和鎖相環(huán)； 其中，電流信號(hào)檢測(cè)電路采用電流互感器的方式對(duì)LC諧振天線的輸入端進(jìn)行差分電流檢測(cè)，得到的差分電流經(jīng)過檢測(cè)電阻后輸出為差分電壓；所述的差分電壓再進(jìn)入差分放大電路輸出為差分放大電壓；所述的差分放大電壓與相位補(bǔ)償電路中的參考電壓比較，得到與差分電流相位相同的方波信號(hào)；再利用鎖相環(huán)捕獲差分放大電壓和差分電流的相位差，以及根據(jù)所述相位差控制加在高頻逆變部分電路上的電壓，使頻率跟蹤部分電路輸出的信號(hào)產(chǎn)生頻率偏移。
3.如權(quán)利要求1所述的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，其特征在于，所述的高頻逆變部分電路包括:相互連接的高頻逆變器和PWM驅(qū)動(dòng)器； 所述的PWM驅(qū)動(dòng)器接收根據(jù)所述相位差加在高頻逆變部分電路上的電壓，并將所述電壓放大，以驅(qū)動(dòng)高頻逆變器； 所述的高頻逆變器根據(jù)PWM驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，改變輸出信號(hào)的頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，其特征在于，所述的高頻逆變器采用諧振逆變器，通過諧振電感的方式傳遞能量。
5.如權(quán)利要求1所述的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，其特征在于，所述的LC諧振天線是線圈天線。
6.一種無線充電的發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，包括:相互連接的充電發(fā)射裝置和充電發(fā)射天線，以及與所述的充電發(fā)射天線諧振的頻率跟蹤裝置； 所述的頻率跟蹤裝置是權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的無線充電發(fā)射端的頻率跟蹤裝置，用于跟蹤充電發(fā)射天線發(fā)出的無線射頻信號(hào)的頻率； 所述的充電發(fā)射裝置通過充電發(fā)射天線向外發(fā)射無線射頻信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK204131234SQ201420459477
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】陳業(yè)軍 申請(qǐng)人:陳業(yè)軍