一种谐振式无线充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种谐振式无线充电系统，包括整流滤波模块、全桥逆变电路、驱动电路、控制电路、信号反馈单元、谐振发射单元以及谐振接收单元，其中，所述整流滤波模块与市电输入相连接，用于输出直流电压以为该系统提供供电。与现有技术相比较，本发明专利技术的控制电路采用一系列逻辑器件，可以实现精确控制，同时也进一步降低了成本，有利于无线充电技术的市场推广。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振式无线充电系统
本专利技术涉及无线充电领域，尤其涉及一种谐振式无线充电系统。
技术介绍
无线充电技术，即Wirelesschargingtechnology，是指利用电磁感应原理，在充电器和用电装置之间通过磁场进行能量传输，无需用到电导线，其源于无线电能传输技术，根据传输原理主要分为三种：电磁感应耦合式无线充电技术、磁耦合谐振式无线充电技术和微波辐射式无线充电技术。磁耦合谐振式无线充电技术是在电磁感应耦合式原理的基础上加入了谐振的原理，即能量能够在两个具有相同谐振频率的物体之间进行高效地传递。它在电路的组成上与电磁感应耦合式无线电能传输方式类似，都是将整流后的直流电通过高频逆变转换为高频交流电，接收线圈接收到高频交流电后经过整流电路和直流变换电路给用电设备供电。不同的是在发射线圈和接收线圈上添加了谐振电容，通过改变谐振电容值来使系统达到谐振状态，从而实现无线电能传输。现有技术中，磁耦合谐振式无线充电技术研究的关键问题有：(1)传输效率和距离问题，当前国内外的研究成果并不能够满足市场对于大功率、远距离和高效率的无线充电设备的需求，特别是在电动汽车无线充电领域，需要更加全面地对该技术进行探索，尤其是电路拓扑的选择以及控制电路优化等方面进行进一步地研究。(2)系统稳定性，当电动汽车停车位置发生偏移时，系统的传输参数就会发生变化，导致耦合系数降低，影响传输效率，对此可以设计具有较强抗错位能力的电路结构。(3)成本问题，无线充电由于技术含量较高，其应用成本也非常高，搭建一个电动汽车无线充电装置的成本是传统充电桩的好几倍，成本问题也是阻碍无线充电在电动汽车领域的发展的原因之一。故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种谐振式无线充电系统，能够稳定高效地无线传输电能。为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种谐振式无线充电系统，包括整流滤波模块、全桥逆变电路、驱动电路、控制电路、信号反馈单元、谐振发射单元以及谐振接收单元，其中，所述整流滤波模块与市电输入相连接，用于输出直流电压以为该系统提供供电；所述全桥逆变电路用于根据驱动电路的驱动信号将所述整流滤波模块输出的直流电压逆变为与所述谐振发射单元频率相匹配的交流电；所述谐振接收单元与所述谐振发射单元工作在谐振状态，两者之间产生磁场耦合共振并以此实现能量的无线传输；所述信号反馈单元与所述谐振发射单元相连接，用于向所述控制电路传输反馈信号；所述控制电路用于根据反馈信号输出控制信号控制所述驱动电路；所述控制电路包括限幅和过零检测电路、启动与停止电路、过流保护电路和灭弧电路，所述过流保护电路和限幅和过零检测电路与反馈信号相连接；所述启动与停止电路采用逻辑器件实现，用于根据所述限幅和过零检测电路、过流保护电路和灭弧电路的输出信号控制所述驱动电路；所述的限幅和过零检测电路包括二极管D1～D6、电容C1、电阻R1、施密特触发器U1，其中，第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、电容C1的一端相连共同与反馈信号相连接；第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阳极相连；第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极相连；第二二极管D2的阴极与第四二极管D4的阴极、第六二极管D6的阴极、施密特触发器U1的第2引脚相连并接地；电容C1的另一端与电阻R1的一端相连；电容R1的另一端与第五二极管D5的阴极、第六二极管D6的阳极、施密特触发器U1的第3引脚相连；第五二极管的阳极与施密特触发器U1的第1引脚相连并接上+5V电源；施密特触发器的第4引脚连接到启动与停止电路的输入端；所述的二极管D1、D4为肖特基二极管；二极管D2、D3为稳压二极管；二极管D5、D6为开关二极管；电容C1为瓷片电容；施密特触发器U1的型号为74HC14；所述的启动与停止电路包括施密特触发器U2、U6与U7、与门U3和U4、D触发器U5、二极管D7、电阻R2、电容C2，其中，D触发器U5的第1引脚与施密特触发器U7的输出端相连；施密特触发器U7的输入端与二极管D7的阴极、电容C2的一端、电阻R2的一端相连；电容C2另一端接地；第2引脚接地；第3引脚与经过限幅和过零检测电路的信号、施密特触发器U2的输入端、与门U4的第1引脚相连；施密特触发器U2的输出端与与门U3的第一引脚相连，第4引脚与二极管D7的阳极、电阻R2的另一端、施密特触发器U6的输出端相连；第5引脚与与门U3的第2引脚、与门U3的第2引脚相连；与门U3和与门U4的输出端连接驱动电路；第6引脚悬空；所述的施密特触发器U2、U6和U7的型号是74HC14；与门U3和U4型号为74HC08、D触发器型号为74HC74；所述的过流保护电路包括二极管D8～D11、电容C3～C6、电阻R3～R5、电容C3～C6、可变电阻VR1、电压比较器U9；电压比较器U9的第1引脚与第4引脚、电容C6的一端、电阻R3的一端、电容C3的一端、二极管D9与D11的阴极相连并接地；二极管D9的阳极与二极管D8的阴极、反馈信号的一端相连；二极管D11的阳极与二极管D10的阴极、反馈信号的另一端相连；第2引脚与可变电阻VR1的滑动端、电容C5的一端相连；电容C5的另一端与可变电阻VR1的一端、电容C4的一端相连并接地；可变电阻VR1的另一端与电阻R4的一端相连；第3引脚与电阻R3的另一端、电容C3的另一端、二极管D8和D10的阳极相连；第5引脚和第6引脚相连；第7引脚与电容C6的另一端、电阻R5的一端相连；电阻R5的另一端接+5V电源；第8引脚与电阻R4的另一端电容C4的另一端相连并接上+9V电源；所述的电压比较器U9的型号为LM311；所述的灭弧电路包括555芯片U10与U11、电阻R6～R14、电容C7～C14、二极管D12～D14、滑动变阻器VR2与VR3、光纤头U12与U13、施密特触发器U14、与门U15、D触发器U16；555芯片U10的第1引脚与第7引脚相连并接地；第2引脚与第6引脚、电容C7、电阻R6的一端相连；电阻R6的另一端接滑动变阻器VR2的一端；电容C7的另一端接地；第3引脚与滑动变阻器VR2的另一端、电容C10的一端相连；第4引脚与第七电阻R7、第十二二极管的阳极、第八电阻的一端、555芯片U11的第8引脚、滑动变阻器VR3的一端相连；第5引脚与第八电容C8的一端相连；第八电容C8的另一端接地；第8引脚与第九电容C9的一端相连；第九电容C9的另一端接地；555芯片U11的第1引脚接地；第2引脚与第十电容C10的另一端、第七电阻R7的另一端、第十二二极管D12的另一端相连；第3引脚与第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端相连；第4引脚接第八电阻R8的另一端；第5引脚与第十二电容C12的一端相连；第十二电容C12的另一端接地；第6引脚与第7引脚、第九电阻R9的一端、第十三电容C13的一端相连；第九电阻R9的另一端与滑动变阻器VR3的另一端相连；第8引脚与第十一电容C11的一端相连；第十一电容C11的另一端接地；光纤头U12的第2引脚与第6引脚、第7引脚、第十一电阻R11的另一端相连；第3引脚接地；光纤头U13的第2引脚与第6引脚、第十二电阻R12的一端、第十四电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振式无线充电系统，其特征在于，包括整流滤波模块、全桥逆变电路、驱动电路、控制电路、信号反馈单元、谐振发射单元以及谐振接收单元，其中，所述整流滤波模块与市电输入相连接，用于输出直流电压以为该系统提供供电；所述全桥逆变电路用于根据驱动电路的驱动信号将所述整流滤波模块输出的直流电压逆变为与所述谐振发射单元频率相匹配的交流电；所述谐振接收单元与所述谐振发射单元工作在谐振状态，两者之间产生磁场耦合共振并以此实现能量的无线传输；所述信号反馈单元与所述谐振发射单元相连接，用于向所述控制电路传输反馈信号；所述控制电路用于根据反馈信号输出控制信号控制所述驱动电路；所述控制电路包括限幅和过零检测电路、启动与停止电路、过流保护电路和灭弧电路，所述过流保护电路和限幅和过零检测电路与反馈信号相连接；所述启动与停止电路采用逻辑器件实现，用于根据所述限幅和过零检测电路、过流保护电路和灭弧电路的输出信号控制所述驱动电路；所述的限幅和过零检测电路包括二极管D1～D6、电容C1、电阻R1、施密特触发器U1，其中，第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、电容C1的一端相连共同与反馈信号相连接；第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阳极相连；第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极相连；第二二极管D2的阴极与第四二极管D4的阴极、第六二极管D6的阴极、施密特触发器U1的第2引脚相连并接地；电容C1的另一端与电阻R1的一端相连；电容R1的另一端与第五二极管D5的阴极、第六二极管D6的阳极、施密特触发器U1的第3引脚相连；第五二极管的阳极与施密特触发器U1的第1引脚相连并接上+5V电源；施密特触发器的第4引脚连接到启动与停止电路的输入端；所述的二极管D1、D4为肖特基二极管；二极管D2、D3为稳压二极管；二极管D5、D6为开关二极管；电容C1为瓷片电容；施密特触发器U1的型号为74HC14；所述的启动与停止电路包括施密特触发器U2、U6与U7、与门U3和U4、D触发器U5、二极管D7、电阻R2、电容C2，其中，D触发器U5的第1引脚与施密特触发器U7的输出端相连；施密特触发器U7的输入端与二极管D7的阴极、电容C2的一端、电阻R2的一端相连；电容C2另一端接地；第2引脚接地；第3引脚与经过限幅和过零检测电路的信号、施密特触发器U2的输入端、与门U4的第1引脚相连；施密特触发器U2的输出端与与门U3的第一引脚相连，第4引脚与二极管D7的阳极、电阻R2的另一端、施密特触发器U6的输出端相连；第5引脚与与门U3的第2引脚、与门U3的第2引脚相连；与门U3和与门U4的输出端连接驱动电路；第6引脚悬空；所述的施密特触发器U2、U6和U7的型号是74HC14；与门U3和U4型号为74HC08、D触发器型号为74HC74；所述的过流保护电路包括二极管D8～D11、电容C3～C6、电阻R3～R5、电容C3～C6、可变电阻VR1、电压比较器U9；电压比较器U9的第1引脚与第4引脚、电容C6的一端、电阻R3的一端、电容C3的一端、二极管D9与D11的阴极相连并接地；二极管D9的阳极与二极管D8的阴极、反馈信号的一端相连；二极管D11的阳极与二极管D10的阴极、反馈信号的另一端相连；第2引脚与可变电阻VR1的滑动端、电容C5的一端相连；电容C5的另一端与可变电阻VR1的一端、电容C4的一端相连并接地；可变电阻VR1的另一端与电阻R4的一端相连；第3引脚与电阻R3的另一端、电容C3的另一端、二极管D8和D10的阳极相连；第5引脚和第6引脚相连；第7引脚与电容C6的另一端、电阻R5的一端相连；电阻R5的另一端接+5V电源；第8引脚与电阻R4的另一端电容C4的另一端相连并接上+9V电源；所述的电压比较器U9的型号为LM311；所述的灭弧电路包括555芯片U10与U11、电阻R6～R14、电容C7～C14、二极管D12～D14、滑动变阻器VR2与VR3、光纤头U12与U13、施密特触发器U14、与门U15、D触发器U16；555芯片U10的第1引脚与第7引脚相连并接地；第2引脚与第6引脚、电容C7、电阻R6的一端相连；电阻R6的另一端接滑动变阻器VR2的一端；电容C7的另一端接地；第3引脚与滑动变阻器VR2的另一端、电容C10的一端相连；第4引脚与第七电阻R7、第十二二极管的阳极、第八电阻的一端、555芯片U11的第8引脚、滑动变阻器VR3的一端相连；第5引脚与第八电容C8的一端相连；第八电容C8的另一端接地；第8引脚与第九电容C9的一端相连；第九电容C9的另一端接地；555芯片U11的第1引脚接地；第2引脚与第十电容C10的另一端、第七电阻R7的另一端、第十二二极管D12的另一端相连；第3引脚与第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端相连；第4引脚接第八电阻R8的另一端；第5引...

【技术特征摘要】
1.一种谐振式无线充电系统，其特征在于，包括整流滤波模块、全桥逆变电路、驱动电路、控制电路、信号反馈单元、谐振发射单元以及谐振接收单元，其中，所述整流滤波模块与市电输入相连接，用于输出直流电压以为该系统提供供电；所述全桥逆变电路用于根据驱动电路的驱动信号将所述整流滤波模块输出的直流电压逆变为与所述谐振发射单元频率相匹配的交流电；所述谐振接收单元与所述谐振发射单元工作在谐振状态，两者之间产生磁场耦合共振并以此实现能量的无线传输；所述信号反馈单元与所述谐振发射单元相连接，用于向所述控制电路传输反馈信号；所述控制电路用于根据反馈信号输出控制信号控制所述驱动电路；所述控制电路包括限幅和过零检测电路、启动与停止电路、过流保护电路和灭弧电路，所述过流保护电路和限幅和过零检测电路与反馈信号相连接；所述启动与停止电路采用逻辑器件实现，用于根据所述限幅和过零检测电路、过流保护电路和灭弧电路的输出信号控制所述驱动电路；所述的限幅和过零检测电路包括二极管D1～D6、电容C1、电阻R1、施密特触发器U1，其中，第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、电容C1的一端相连共同与反馈信号相连接；第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阳极相连；第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极相连；第二二极管D2的阴极与第四二极管D4的阴极、第六二极管D6的阴极、施密特触发器U1的第2引脚相连并接地；电容C1的另一端与电阻R1的一端相连；电容R1的另一端与第五二极管D5的阴极、第六二极管D6的阳极、施密特触发器U1的第3引脚相连；第五二极管的阳极与施密特触发器U1的第1引脚相连并接上+5V电源；施密特触发器的第4引脚连接到启动与停止电路的输入端；所述的二极管D1、D4为肖特基二极管；二极管D2、D3为稳压二极管；二极管D5、D6为开关二极管；电容C1为瓷片电容；施密特触发器U1的型号为74HC14；所述的启动与停止电路包括施密特触发器U2、U6与U7、与门U3和U4、D触发器U5、二极管D7、电阻R2、电容C2，其中，D触发器U5的第1引脚与施密特触发器U7的输出端相连；施密特触发器U7的输入端与二极管D7的阴极、电容C2的一端、电阻R2的一端相连；电容C2另一端接地；第2引脚接地；第3引脚与经过限幅和过零检测电路的信号、施密特触发器U2的输入端、与门U4的第1引脚相连；施密特触发器U2的输出端与与门U3的第一引脚相连，第4引脚与二极管D7的阳极、电阻R2的另一端、施密特触发器U6的输出端相连；第5引脚与与门U3的第2引脚、与门U3的第2引脚相连；与门U3和与门U4的输出端连接驱动电路；第6引脚悬空；所述的施密特触发器U2、U6和U7的型号是74HC14；与门U3和U4型号为74HC08、D触发器型号为74HC74；所述的过流保护电路包括二极管D8～D11、电容C3～C6、电阻R3～R5、电容C3～C6、可变电阻VR1、电压比较器U9；电压比较器U9的第1引脚与第4引脚、电容C6的一端、电阻R3的一端、电容C3的一端、二极管D9与D11的阴极相连并接地；二极管D9的阳极与二极管D8的阴极、反馈信号的一端相连；二...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦会斌，吴建锋，华咏竹，杨胜英，秦宏帅，潘伟，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33