一种基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统技术方案

一种基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统，包括输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块、LC并联谐振模块、不可控桥式整流模块、输出LC滤波模块和控制器模块，输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块和LC并联谐振模块依次连接形成无线能量发射端，不可控桥式整流模块与输出LC滤波模块连接形成无线能量接收端，LC并联谐振模块的感应线圈与不可控桥式整流模块的感应线圈配合，输入LC滤波模块与控制器模块的电流采集端连接，控制器模块的控制端与桥式串联谐振模块连接；控制器模块包括用于通过调节桥式串联谐振模块的谐振频率保证采集到的输入电流稳定在设定范围的能量传输控制单元。本实用新型专利技术模块化和人性化设计、功能完备、适应性强。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种谐振式能量无线传输系统，尤其涉及的是一种基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统。
技术介绍
所谓能量无线传输技术也称无线充电技术，即不借助实物连线即可实现电能的无线输送。其优点在于：方便、快捷、减少在苛刻条件下使用电缆带来的危险性等。对能量无线传输技术的研究开始较早，早在1900年，尼古拉·特拉斯就开始无线电能传输的实验，经过一百多年的发展，关于能量无线传输的方法多种多样，但基本原理大概可以分为以下三种：电磁感应式、无线电波式、谐振耦合式。谐振耦合式能量无线传输技术的非辐射性、高效率等优点是其它能量无线充电技术无法相比的。所谓谐振耦合式就是利用接收线圈的电感和并联的电容形成共振回路，在接收端也组成同样共振频率的接收回路，利用谐振形成的强磁耦合来实现高效率的无线电能传输。该技术的出现引起了国内外学术界与工业界的巨大兴趣，被公认为目前最具发展前景的一种无线能量传输技术方案\。但目前基于谐振耦合式的能量无线传输技术的研究偏向理论化，缺乏对实际应用有定量指导意义的研究成果，同时此技术传输功率较小远远不能完成大功率能量传输，也存在着能量损失较高等缺陷。但毋庸置疑，谐振耦合式能量无线传输技术对充电设备位置的灵活性及充电设备的高效匹配性具有重要的实用价值。
技术实现思路
为了克服现有的谐振式能量无线传输系统功能分工不明确、缺乏人性化和离线编程功能、适应性差的不足，本技术提供一种模块化和人性化设计、功能完备、适应性强的基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统。为了解决上述技术问题提供的技术方案为：一种基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统，所述系统包括输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块、LC并联谐振模块、不可控桥式整流模块、输出LC滤波模块和控制器模块，所述输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块和LC并联谐振模块依次连接形成无线能量发射端，不可控桥式整流模块与输出LC滤波模块连接形成无线能量接收端，所述LC并联谐振模块的感应线圈与不可控桥式整流模块的感应线圈配合，所述输入LC滤波模块与所述控制器模块的电流采集端连接，所述控制器模块的控制端与所述桥式串联谐振模块连接；所述控制器模块包括用于通过调节桥式串联谐振模块的谐振频率保证采集到的输入电流稳定在设定范围的能量传输控制单元。进一步，所述系统还包括辅助电源模块，所述控制器模块与所述辅助电源模块连接。再进一步，所述系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述控制模块连接。所述人机交互模块也同时与所述辅助电源模块连接。所述人机交互模块包括按键离线设定模块和液晶实时显示模块两部分，该模块可以实现离线编程功能。本技术的有益效果主要表现在：模块化和人性化设计，功能完备，适应性强。附图说明图1为基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统的系统组成框图。图2为基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统的电路连线示意图。图3为基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统的控制器框图。图4为基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统的控制模块流程图，其中，(a)为控制主程序的流程，(b)所示为定时器中断服务程序的流程。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步描述。参照图1～图4，一种基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统，包括输入LC滤波模块1、桥式串联谐振模块2、LC并联谐振模块3、不可控桥式整流模块4、输出LC滤波模块5、负载模块6、控制器模块7、人机交互模块8和辅助电源模块9。所述辅助电源模块9为控制器模块和人机交互模块提供稳定的电压供应；所述输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块、LC并联谐振模块属于能量无线发送端的模块；所述不可控桥式整流模块、输出LC滤波模块、负载模块属于能量无线接受端的模块；所述控制器模块7通过保证采集到的输入电流始终稳定在设定的范围内，来调整桥式串联谐振模块的谐振频率，以此实现最大效率的能量传输；所述人机交互模块包括按键离线设定模块和液晶实时显示模块两部分，该模块可以实现离线编程功能。所述辅助电源模块可以输出两路独立的3.3V电源，一路3.3V电源保证控制器正常工作；另一路3.3V电源为人机交互模块供电。所述输入LC滤波模块的电感Li取值为500μH，电容Ci取值为2200μF。所述桥式串联谐振模块由H全桥电路和LC串联电路组成，其谐振频率的计算公式为：其中，H全桥电路的MOSFET型号为：IRF3205；LC串联电路的电感L1取值为10μH，电容C1取值为50nF，即谐振频率为225KHZ。其中，电感L1由丝包线绕制而成，该丝包线规格为：0.1mmx600股；电容为CBB电容。所述LC并联谐振模块的电感L2取值为10μH，电容C2取值为50nF。其中，电感L1由丝包线绕制而成，该丝包线规格为：0.1mmx600股；电容为CBB电容。所述不可控桥式整流模块的二极管型号为：SR5100，该二极管耐压值为100V，可以保证输出较大的输出电压。所述输出LC滤波模块的电感Lo取值为500μH，电容Co取值为470μF。所述控制器模块的32位单片机型号为：MK60DN512ZVLQ104N30D。所述人机交互模块由按键离线设定模块和液晶显示模块共同组成。在离线环境下，按键设定模块可以根据实际需要调整谐振频率的大小，从而大大提升了系统的适应性。图2为本技术的电路连线示意图，图中给出了各个模块的电路连接情况。其中，能量发射部分采用桥式串联谐振电路，L1为发射线圈；能量接收部分采用并联谐振和不可控桥式整流电路，L2为接收线圈。能量无线传输控制器通过电流检测单元检测输入电流信号Vseni，经处理得到Vgci信号，再由控制器根据Vgci信号生成控制MOSFET的M1、M2、M3和M4的控制信号Vgp和Vap，MOS管驱动单元将控制信号Vgp和Vap转换成MOSFET的M1、M2、M3和M4的驱动信号Vg1、Vg2、Vg3和Vg4，驱动信号Vg1、Vg2、Vg3和Vg4直接控制MOS管Vg1、Vg2、Vg3和Vg4的开关工作状态。本技术的能量无线传输控制器通过设定MOSFET的M1、M2、M3和M4的占空比可实现工作效率最大或者维持输入电流恒定且小于1A，因此具有2大模式控制功能：(1)最大工作效率；(2)保持输入电流恒定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统，其特征在于：所述系统包括输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块、LC并联谐振模块、不可控桥式整流模块、输出LC滤波模块和控制器模块，所述输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块和LC并联谐振模块依次连接形成无线能量发射端，不可控桥式整流模块与输出LC滤波模块连接形成无线能量接收端，所述LC并联谐振模块的感应线圈与不可控桥式整流模块的感应线圈配合，所述输入LC滤波模块与所述控制器模块的电流采集端连接，所述控制器模块的控制端与所述桥式串联谐振模块连接；所述控制器模块包括用于通过调节桥式串联谐振模块的谐振频率保证采集到的输入电流稳定在设定范围的能量传输控制单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机控制的谐振式能量无线传输系统，其特征在于：所
述系统包括输入LC滤波模块、桥式串联谐振模块、LC并联谐振模块、
不可控桥式整流模块、输出LC滤波模块和控制器模块，所述输入LC
滤波模块、桥式串联谐振模块和LC并联谐振模块依次连接形成无线
能量发射端，不可控桥式整流模块与输出LC滤波模块连接形成无线
能量接收端，所述LC并联谐振模块的感应线圈与不可控桥式整流模
块的感应线圈配合，所述输入LC滤波模块与所述控制器模块的电流
采集端连接，所述控制器模块的控制端与所述桥式串联谐振模块连接；
所述控制器模块包括用于通过调...

【专利技术属性】
技术研发人员：何胜权，陈先坐，俞立，刘安东，张文安，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33