一种高效无线能量传输系统技术方案

本发明专利技术的一种高效无线能量传输系统属于电子技术的技术领域，其结构有交直流转换电路(1)，高频逆变电路(2)，电容补偿电路(3)，开关控制电路(4)，单片机(5)，相位检测电路(6)。本发明专利技术具有负载适应范围宽、传输效率高、使用灵活、系统稳定性和可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高效无线能量传输系统
本专利技术属于电子技术的
特别涉及一种高效无线能量传输系统。
技术介绍
自电力进入人类生活后，电线作为传输电能的媒质几乎无处不在，为我们的生活日常带来很多便利。但有线能量传输方式会受限于空间占用、用电设备接触带来潜在的安全隐患等问题。而无线能量传输系统中不存在直接电气连接，可实现无线设备不受空间限制的能量供给，且具有无接插环节、无裸露导体、无漏电触电危险等优势。毫无疑问，无线电能传输正逐渐在诸如电动汽车、手机、平板电脑、生物医学等用电设备的充电或供电中发挥着越来越重要的作用。在无线充电技术中，磁耦合共振的方式因其传输效率高、功率大、结构方便等优点而被广泛关注。其原理是先将220V/50Hz的市电整流成直流稳压电，再由高频逆变电路逆变成50kHz的高频交流电，发射线圈(呈电感性)配合适当的电容进行选频谐振，将电能转换成磁能，再通过磁耦合共振的方式由接收线圈接收能量，最终再由接收线圈后续的整流滤波电路将线圈接收的能量转换成恒压或恒流为接收端的设备进行供电或为蓄电池进行充电。为了保证传输效率和功率，上述系统要求发射线圈所在的初级回路必须谐振，接收线圈所在的次级回路也要谐振。众所周知，当发射线圈和接收线圈进行耦合时，次级回路对初级回路会产生影响，其影响可等效成一个反射阻抗串联在初级回路中，该反射阻抗包括反射电阻和反射电抗，其中反射电抗(呈电感性或电容性)对初级回路的谐振程度会产生严重影响，因此在设计发射系统时必须考接收系统的参数影响。目前的磁耦合共振无线传输系统一般都是针对固定的接收回路进行设计的，一旦接收回路的参数发生变化时，其在发射回路中等效的反射阻抗也会发生变化，原本发射回路的谐振状态便会遭到破坏，出现失谐的现象，导致发射回路的电流、功率、效率等重要参数迅速变差。而事实上即使在同一类的用电设备中，其接收电路也会由于产品型号、生产厂家的不同而参数各异，因此目前现有的无线能量传输系统兼容性普遍存在兼容性差的问题，一个发射系统只能为同一个固定型号的产品提供能量传输。综上，为了扩宽对不同用电产品的适应范围，提高系统的兼容性，保证系统的传输效率，现有的无线能量传输系统还需要进行改进。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺点，提供一种高效无线能量传输系统。该系统能够根据接收回路的不同，自动调整发射回路的参数，以达到自动匹配不同的负载、提高传输效率的目的。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种高效无线能量传输系统，其结构有，交直流转换电路1，高频逆变电路2，单片机5，其特征在于，结构还有，电容补偿电路3，开关控制电路4，相位检测电路6；所述的交直流转换电路1的输入端与市电相连，交直流转换电路1的输出端与高频逆变电路2的电源输入端相连，高频逆变电路2的取样输出端与相位检测电路6的输入端相连，相位检测电路6的输出端与单片机5相连，单片机5还分别与高频逆变电路2的控制输入端和开关控制电路4的输入端相连，开关控制电路4的输出端还分别与电容补偿电路3的输入端、相位检测电路6的使能控制端相连，电容补偿电路3的输出端与高频逆变电路2的补偿输入端相连；所述的高频逆变电路2的结构为，二极管D1的阳极与+12V的电源相连，二极管D1的阴极与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极以及电容C1的一端相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极及三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的基极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端+5V直流电源相连，三极管Q2的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端作为高频逆变电路2的第一个控制输入端，记为端口MCU-in1，与单片机5相连，三极管Q1的集电极与二极管D2的阳极、三极管Q3的基极及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C1的另一端、三极管Q3的集电极、稳压二极管D3的阳极、场效应管Q8的漏极、电感L的一端及场效应管Q4的源极相连，作为高频逆变电路2的电感L输出端，记为端口L-out，与相位检测电路6的端口L-in相连，三极管Q3的发射极与二极管D2的阴极、稳压二极管D3的阴极及场效应管Q4的栅极相连，场效应管Q4的漏极与场效应管Q9的漏极相连，作为高频逆变电路2的电源输入端，记为端口Vs-in，与交直流转换电路1的直流电压输出端相连，场效应管Q8的栅极与电阻R8的一端及三极管Q7的集电极相连，电阻R8的另一端与三极管Q5的集电极相连，三极管Q5的发射极与电阻R5的一端及+12V直流电源相连，电阻R5的另一端与三极管Q5的基极及三极管Q6的集电极相连，三极管Q6的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与+5V电源相连，三极管Q6的发射极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电阻R9的一端相连，作为高频逆变电路2的第二个控制输入端，记为端口MCU-in2，与单片机5相连，电阻R9的另一端与三极管Q7的基极相连，三极管Q7的发射极与场效应管Q8的源极相连并接地，电感L的另一端与电容Cs的一端相连，作为高频逆变电路2的一个补偿输入端，记为端口Cadj-in1，与电容补偿电路3的端口Cadj-out1相连，电容Cs的另一端作为高频逆变电路2的另一个补偿输入端，同时还作为高频逆变电路2的一个取样输出端，记为端口Rs-out1，该端口与电容补偿电路3的端口Cadj-out2相连，还与相位检测电路6的端口Rs-in1相连，场效应管Q13的漏极与场效应管Q9的源极、稳压二极管D4的阳极、三极管Q10的集电极、电阻R10的一端及电容C2的一端相连，作为高频逆变电路2的另一个取样输出端，记为端口Rs-out2，与相位检测电路6的端口Rs-in2相连，场效应管Q9的栅极与稳压二极管D4的阴极、三极管Q10的发射极及二极管D5的阴极相连，三极管Q10的基极与电阻R10的另一端、二极管D5的阳极及三极管Q11的集电极相连，三极管Q11的发射极与电容C2的另一端、电阻R11的一端及二极管D6的阴极相连，二极管D6的阳极与+12V直流电源相连，三极管Q11的基极与电阻R11的另一端及三极管Q12的集电极相连，三极管Q12的基极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与+5V直流电源相连，三极管Q12的发射极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端作为高频逆变电路2的第三个控制输入端，记为端口MCU-in3，与单片机5相连；场效应管Q13的源极与三极管Q14的发射极相连并接地，场效应管Q13的栅极与电阻R14的一端及三极管Q14的集电极相连，三极管Q14的基极与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连，作为高频逆变电路2的第四个控制输入端，记为端口MCU-in4，与单片机5相连，电阻R14的另一端与三极管Q15的集电极相连，三极管Q15的发射极与电阻R16的一端及+12V直流电源相连，三极管Q15的基极与电阻R16的另一端及三极管Q16的集电极相连，三极管Q16的发射极与电阻R17的另一端相连，三极管Q16的基极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与+5V直流电源相连；所述的相位检测电路6的结构为，电阻R19的一端与取样电阻Rs一端及继电器Ks的动触点相连，作为相位检测电路6的一个输入端，记为端口Rs-in1，与高频逆变电路2的端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效无线能量传输系统，其结构有，交直流转换电路(1)，高频逆变电路(2)，单片机(5)，其特征在于，结构还有，电容补偿电路(3)，开关控制电路(4)，相位检测电路(6)；所述的交直流转换电路(1)的输入端与市电相连，交直流转换电路(1)的输出端与高频逆变电路(2)的电源输入端相连，高频逆变电路(2)的取样输出端与相位检测电路(6)的输入端相连，相位检测电路(6)的输出端与单片机(5)相连，单片机(5)还分别与高频逆变电路(2)的控制输入端和开关控制电路(4)的输入端相连，开关控制电路(4)的输出端还分别与电容补偿电路(3)的输入端、相位检测电路(6)的使能控制端相连，电容补偿电路(3)的输出端与高频逆变电路(2)的补偿输入端相连；所述的高频逆变电路(2)的结构为，二极管D1的阳极与+12V的电源相连，二极管D1的阴极与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极以及电容C1的一端相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极及三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的基极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端+5V直流电源相连，三极管Q2的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端作为高频逆变电路(2)的第一个控制输入端，记为端口MCU‑in1，与单片机(5)相连，三极管Q1的集电极与二极管D2的阳极、三极管Q3的基极及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C1的另一端、三极管Q3的集电极、稳压二极管D3的阳极、场效应管Q8的漏极、电感L的一端及场效应管Q4的源极相连，作为高频逆变电路(2)的电感L输出端，记为端口L‑out，与相位检测电路(6)的端口L‑in相连，三极管Q3的发射极与二极管D2的阴极、稳压二极管D3的阴极及场效应管Q4的栅极相连，场效应管Q4的漏极与场效应管Q9的漏极相连，作为高频逆变电路(2)的电源输入端，记为端口Vs‑in，与交直流转换电路(1)的直流电压输出端相连，场效应管Q8的栅极与电阻R8的一端及三极管Q7的集电极相连，电阻R8的另一端与三极管Q5的集电极相连，三极管Q5的发射极与电阻R5的一端及+12V直流电源相连，电阻R5的另一端与三极管Q5的基极及三极管Q6的集电极相连，三极管Q6的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与+5V电源相连，三极管Q6的发射极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电阻R9的一端相连，作为高频逆变电路(2)的第二个控制输入端，记为端口MCU‑in2，与单片机5相连，电阻R9的另一端与三极管Q7的基极相连，三极管Q7的发射极与场效应管Q8的源极相连并接地，电感L的另一端与电容Cs的一端相连，作为高频逆变电路(2)的一个补偿输入端，记为端口Cadj‑in1，与电容补偿电路(3)的端口Cadj‑out1相连，电容Cs的另一端作为高频逆变电路(2)的另一个补偿输入端，同时还作为高频逆变电路(2)的一个取样输出端，记为端口Rs‑out1，该端口与电容补偿电路(3)的端口Cadj‑out2相连，还与相位检测电路(6)的端口Rs‑in1相连，场效应管Q13的漏极与场效应管Q9的源极、稳压二极管D4的阳极、三极管Q10的集电极、电阻R10的一端及电容C2的一端相连，作为高频逆变电路(2)的另一个取样输出端，记为端口Rs‑out2，与相位检测电路(6)的端口Rs‑in2相连，场效应管Q9的栅极与稳压二极管D4的阴极、三极管Q10的发射极及二极管D5的阴极相连，三极管Q10的基极与电阻R10的另一端、二极管D5的阳极及三极管Q11的集电极相连，三极管Q11的发射极与电容C2的另一端、电阻R11的一端及二极管D6的阴极相连，二极管D6的阳极与+12V直流电源相连，三极管Q11的基极与电阻R11的另一端及三极管Q12的集电极相连，三极管Q12的基极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与+5V直流电源相连，三极管Q12的发射极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端作为高频逆变电路(2)的第三个控制输入端，记为端口MCU‑in3，与单片机(5)相连；场效应管Q13的源极与三极管Q14的发射极相连并接地，场效应管Q13的栅极与电阻R14的一端及三极管Q14的集电极相连，三极管Q14的基极与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连，作为高频逆变电路(2)的第四个控制输入端，记为端口MCU‑in4，与单片机(5)相连，电阻R14的另一端与三极管Q15的集电极相连，三极管Q15的发射极与电阻R16的一端及+12V直流电源相连，三极管Q15的基极与电阻R16的另一端及三极管Q16的集电极相连，三极管Q16的发射极与电阻R17的另一端相连，三极管Q16的基极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与+5V直流电源相连；所述的相位检测电路(6)的结构为，电阻R19的一端与取样...

【技术特征摘要】
1.一种高效无线能量传输系统，其结构有，交直流转换电路(1)，高频逆变电路(2)，单片机(5)，其特征在于，结构还有，电容补偿电路(3)，开关控制电路(4)，相位检测电路(6)；所述的交直流转换电路(1)的输入端与市电相连，交直流转换电路(1)的输出端与高频逆变电路(2)的电源输入端相连，高频逆变电路(2)的取样输出端与相位检测电路(6)的输入端相连，相位检测电路(6)的输出端与单片机(5)相连，单片机(5)还分别与高频逆变电路(2)的控制输入端和开关控制电路(4)的输入端相连，开关控制电路(4)的输出端还分别与电容补偿电路(3)的输入端、相位检测电路(6)的使能控制端相连，电容补偿电路(3)的输出端与高频逆变电路(2)的补偿输入端相连；所述的高频逆变电路(2)的结构为，二极管D1的阳极与+12V的电源相连，二极管D1的阴极与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极以及电容C1的一端相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极及三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的基极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端+5V直流电源相连，三极管Q2的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端作为高频逆变电路(2)的第一个控制输入端，记为端口MCU-in1，与单片机(5)相连，三极管Q1的集电极与二极管D2的阳极、三极管Q3的基极及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C1的另一端、三极管Q3的集电极、稳压二极管D3的阳极、场效应管Q8的漏极、电感L的一端及场效应管Q4的源极相连，作为高频逆变电路(2)的电感L输出端，记为端口L-out，与相位检测电路(6)的端口L-in相连，三极管Q3的发射极与二极管D2的阴极、稳压二极管D3的阴极及场效应管Q4的栅极相连，场效应管Q4的漏极与场效应管Q9的漏极相连，作为高频逆变电路(2)的电源输入端，记为端口Vs-in，与交直流转换电路(1)的直流电压输出端相连，场效应管Q8的栅极与电阻R8的一端及三极管Q7的集电极相连，电阻R8的另一端与三极管Q5的集电极相连，三极管Q5的发射极与电阻R5的一端及+12V直流电源相连，电阻R5的另一端与三极管Q5的基极及三极管Q6的集电极相连，三极管Q6的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与+5V电源相连，三极管Q6的发射极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电阻R9的一端相连，作为高频逆变电路(2)的第二个控制输入端，记为端口MCU-in2，与单片机5相连，电阻R9的另一端与三极管Q7的基极相连，三极管Q7的发射极与场效应管Q8的源极相连并接地，电感L的另一端与电容Cs的一端相连，作为高频逆变电路(2)的一个补偿输入端，记为端口Cadj-in1，与电容补偿电路(3)的端口Cadj-out1相连，电容Cs的另一端作为高频逆变电路(2)的另一个补偿输入端，同时还作为高频逆变电路(2)的一个取样输出端，记为端口Rs-out1，该端口与电容补偿电路(3)的端口Cadj-out2相连，还与相位检测电路(6)的端口Rs-in1相连，场效应管Q13的漏极与场效应管Q9的源极、稳压二极管D4的阳极、三极管Q10的集电极、电阻R10的一端及电容C2的一端相连，作为高频逆变电路(2)的另一个取样输出端，记为端口Rs-out2，与相位检测电路(6)的端口Rs-in2相连，场效应管Q9的栅极与稳压二极管D4的阴极、三极管Q10的发射极及二极管D5的阴极相连，三极管Q10的基极与电阻R10的另一端、二极管D5的阳极及三极管Q11的集电极相连，三极管Q11的发射极与电容C2的另一端、电阻R11的一端及二极管D6的阴极相连，二极管D6的阳极与+12V直流电源相连，三极管Q11的基极与电阻R11的另一端及三极管Q12的集电极相连，三极管Q12的基极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与+5V直流电源相连，三极管Q12的发射极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端作为高频逆变电路(2)的第三个控制输入端，记为端口MCU-in3，与单片机(5)相连；场效应管Q13的源极与三极管Q14的发射极相连并接地，场效应管Q13的栅极与电阻R14的一端及三极管Q14的集电极相连，三极管Q14的基极与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连，作为高频逆变电路(2)的第四个控制输入端，记为端口MCU-in4，与单片机(5)相连，电阻R14的另一端与三极管Q15的集电极相连，三极管Q15的发射极与电阻R16的一端及+12V直流电源相连，三极管Q15的基极与电阻R16的另一端及三极管Q16的集电极相连，三极管Q16的发射极与电阻R17的另一端相连，三极管Q16的基极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与+5V直流电源相连；所述的相位检测电路(6)的结构为，电阻R19的一端与取样电阻Rs一端及继电器Ks的动触点相连，作为相位检测电路(6)的一个输入端，记为端口Rs-in1，与高频逆变电路(2)的端口Rs-...

【专利技术属性】
技术研发人员：高博，胡伟，田小建，张馨予，刘佳林，高鹏彪，吴戈，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22