小功率高频双向AC‑DC双管变换器及无线充电方法技术

小功率高频双向AC‑DC双管变换器及无线充电方法。现有的无线电能供电设备鲜有做到便携设备之间的双向传输。本发明专利技术组成包括接滤波电容C3，接滤波电容C3、输入输出滤波电感L3、高频扼流和输入输出滤波电感L2、电路工作状态控制电路K2、第二高频功率开关管S2依次串联形成环路，接滤波电容C3、第二高频功率开关管S2源极接地；电路工作状态控制电路K1、高频扼流和输入输出滤波电感L1、第一高频功率开关管S1依次串联在一起，电路工作状态控制电路K1一端接输入输出滤波电感L3一端，第一高频功率开关管S1源极接地。本发明专利技术应用于无线充电。

【技术实现步骤摘要】
小功率高频双向AC-DC双管变换器及无线充电方法
：本专利技术涉及一种小功率高频双向AC-DC双管变换器及无线充电方法。
技术介绍
：市面上现有的无线电能供电设备主要是将电源组的能量单向传输给便携设备，鲜有做到便携设备之间的双向传输。现有双向AC-DC变换器为PWM控制的全桥变换器，该结构使用的开关器件多，装置体积大，控制繁琐，能量损失较大，同时，在开关器件导通关断时会产生较大的谐波污染。小功率高频双向AC-DC单管变换器，可以实现无线电能双向传输，但是，高频双向AC-DC单管变换器的谐振电路提供的电流小，能量转换效率低，其谐波含量虽低于现有双向AC-DC变换器为PWM控制的全桥变换器，但是还存在减小的空间。
技术实现思路
：为了克服现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种控制简单、高频正弦度好、开关损耗小、输出电流大、能量转换效率高并能够实现能量双向流动的小功率高频双向AC-DC双管变换器及无线充电方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种小功率高频双向AC-DC双管变换器，其组成包括：接滤波电容C3，所述的接滤波电容C3、输入输出滤波电感L3、高频扼流和输入输出滤波电感L2、电路工作状态控制电路K2、第二高频功率开关管S2依次串联形成环路，所述的接滤波电容C3、第二高频功率开关管S2源极接地；电路工作状态控制电路K1、高频扼流和输入输出滤波电感L1、第一高频功率开关管S1依次串联在一起，所述的电路工作状态控制电路K1一端接输入输出滤波电感L3一端，第一高频功率开关管S1源极接地；第一高频功率开关管S1两端分别并联有第一旁路电容C1、第一续流二极管D1；第二高频功率开关管S2两端分别并联有第二旁路电容C2、第二续流二极管D2；所述的接滤波电容C3两端是外部电路的接入端，所述的第一高频功率开关管S1漏极和所述的第二高频功率开关管S2漏极是谐振网络的接入端。所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器，所述的电路工作状态控制电路K1和K2均为开关并联二极管结构；或者所述的电路工作状态控制电路K1和K2均为两个二极管反向并联结构；或者所述的电路工作状态控制电路K1和K2均为功率开关管并联二极管结构。一种利用所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器进行电源组向便携设备单向充电的方法，交流电源经过电源适配器连接小功率高频双向AC-DC双管变换器A，所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器A与谐振网络A连接，所述的谐振网络A与谐振网络B通过磁耦合无线电能传输方式连接，所述的谐振网络B与小功率高频双向AC-DC双管变换器B连接，所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器B与便携设备连接，从而完成对便携设备的充电。一种利用所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器进行便携设备向便携设备双向充电的方法，供电端的便携设备连接小功率高频双向AC-DC双管变换器A，所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器A与谐振网络A连接，所述的谐振网络A与谐振网络B通过磁耦合无线电能传输方式连接，所述的谐振网络B与小功率高频双向AC-DC双管变换器B连接，所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器B与充电端的便携设备连接；供电端的便携设备作为直流侧输入电源为小功率高频双向AC-DC双管变换器A提供能量，变换器A的电路工作状态控制电路K1、K2始终处于关断状态，第一高频功率开关管S1、第二高频功率开关管S2互补导通，且占空比皆为50%，变换器A处于逆变工作模式，并通过谐振网络A产生高频正弦波；充电端的小功率高频双向AC-DC双管变换器B的第一高频功率开关管S1、第二高频功率开关管S2始终处于关断状态，电路工作状态控制电路K1、K2互补导通，且占空比皆为50%，变换器B处于整流工作模式，谐振网络B耦合产生的高频正弦波通过变换器B整流后输出直流电，给充电端的便携设备充电。本专利技术的有益效果：1.本专利技术涉及的变换器，输出电流大，能量转换效率高。本专利技术涉及的变换器，控制方式简单，两个开关管同时导通的概率极低，高频安全性好。本专利技术涉及的变换器，具有开关损耗低，逆变和整流转换效率高，适用于小功率无线充电场合，适合移动设备间互相充电场合。本专利技术涉及的变换器，在高频工作状态下，正弦度好，谐波含量低。本专利技术小功率高频双向AC-DC双管变换器的工作原理如下所述：对于逆变模式(作为发射端，即供电端)，向、施以驱动信号，其中，、互补导通，且占空比皆为50%，、始终处于关断状态。直流侧输入电源为AC-DC拓扑电路提供能量，和交替导通，此时，AC-DC拓扑电路工作于逆变模式，则谐振网络、两端产生高频正弦波。对于整流模式(作为接收端，即充电端)，向、施以驱动信号，其中，、互补导通，且占空比皆为50%，、始终处于关断状态。通过磁耦合无线电能传输方式，将高频正弦波通过发射线圈，耦合到接收线圈。、作为谐振元件，在接收端会耦合出频率相同的正弦波，交流侧输入电源来自于谐振网络、，为AC-DC拓扑电路提供能量，和交替导通，此时，AC-DC拓扑电路工作于整流模式，则电路的输出侧两端产生直流电。（一）逆变模式由于逆变模式时，、处于关断状态，则高频双向AC-DC变换电路工作于逆变模式下的等效电路结构示意图如图7所示，图中已标注电流流向。在图7中，电感、的阻抗足够大，因此，流过、的电流波动非常小。为电感电流；为开关管电流；为电容电流；为电感电流；为开关管电流；为电容电流；为、谐振电流；为电感电流，近似等于输入电流；为输入电压(此处可以为便携设备输出端，也可以为电源适配器输出端)。图7的具体工作过程如下：(1)由关断到开通，由开通到关断阶段：开关管侧，开始上升，由于，所以开始下降；开关管侧，减小，升高，此刻电容充电，充电的电流为，电容逐渐充满电。负载电压下降为0V，进入下一阶段。阶段：电流分别流入电容和、。谐振电流换向，这时，当电容充满电时，。阶段：开始放电，流入、、、，电容上电压开始减小。由开通到关断，由关断到开通阶段：开关管侧，开始上升，由于，所以开始下降；开关管侧，减小，升高，此刻电容充电，充电的电流为，电容逐渐充满电。负载电压下降为0V，进入下一阶段。阶段：电流分别流入电容和、。谐振电流换向，这时，当电容充满电时，。阶段：开始放电，流入、、、，电容上电压开始减小。（二）整流模式通过磁耦合无线电能传输方式，将高频正弦波通过发射线圈，耦合到接收线圈。、作为谐振元件，在接收端会耦合出频率相同的正弦波，此时、关断，、交替导通。由于图1中的和处于截止状态，、处于关断状态，则高频双向AC-DC变换器工作于整流模式下的等效电路结构示意图如图8、9所示，在一个完整的正弦周期内实现全波整流。由图8、9可知，具体工作过程如下：(1)由关断到开通，由开通到关断。规定谐振线圈电感电流向左为正方向，则正半周电流流经、、、、、、便携设备、，最终回到。由关断到开通，由开通到关断。规定谐振线圈电感电流向右为负方向，则负半周电流流经、、、、便携设备、、、，最终回到。因此，在一个完整的正弦周期内，便携设备上端始终为正极、下端始终为负极，通过两个支路进行整流滤波，最终为便携设备供电。附图说明：附图1是本专利技术的结构示意图。附图2是本专利技术电源组向便携设备单向充电的工作流程图。图中，1为小功率高频双向AC-DC双管变换器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小功率高频双向AC‑DC双管变换器，其组成包括：接滤波电容C3，其特征是：所述的接滤波电容C3、输入输出滤波电感L3、高频扼流和输入输出滤波电感L2、电路工作状态控制电路K2、第二高频功率开关管S2依次串联形成环路，所述的接滤波电容C3、第二高频功率开关管S2源极接地；电路工作状态控制电路K1、高频扼流和输入输出滤波电感L1、第一高频功率开关管S1依次串联在一起，所述的电路工作状态控制电路K1一端接输入输出滤波电感L3一端，第一高频功率开关管S1源极接地；第一高频功率开关管S1两端分别并联有第一旁路电容C1、第一续流二极管D1；第二高频功率开关管S2两端分别并联有第二旁路电容C2、第二续流二极管D2；所述的接滤波电容C3两端是外部电路的接入端，所述的第一高频功率开关管S1漏极和所述的第二高频功率开关管S2漏极是谐振网络的接入端。

【技术特征摘要】
1.一种小功率高频双向AC-DC双管变换器，其组成包括：接滤波电容C3，其特征是：所述的接滤波电容C3、输入输出滤波电感L3、高频扼流和输入输出滤波电感L2、电路工作状态控制电路K2、第二高频功率开关管S2依次串联形成环路，所述的接滤波电容C3、第二高频功率开关管S2源极接地；电路工作状态控制电路K1、高频扼流和输入输出滤波电感L1、第一高频功率开关管S1依次串联在一起，所述的电路工作状态控制电路K1一端接输入输出滤波电感L3一端，第一高频功率开关管S1源极接地；第一高频功率开关管S1两端分别并联有第一旁路电容C1、第一续流二极管D1；第二高频功率开关管S2两端分别并联有第二旁路电容C2、第二续流二极管D2；所述的接滤波电容C3两端是外部电路的接入端，所述的第一高频功率开关管S1漏极和所述的第二高频功率开关管S2漏极是谐振网络的接入端。2.根据权利要求1所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器，其特征是：所述的电路工作状态控制电路K1和K2均为开关并联二极管结构；或者所述的电路工作状态控制电路K1和K2均为两个二极管反向并联结构；或者所述的电路工作状态控制电路K1和K2均为功率开关管并联二极管结构。3.一种利用权利要求1所述的小功率高频双向AC-DC双管变换器进行电源组向便携设备单向充电的方法，其特征是：交流电源经过电源适配器连接小功率高频双向AC-DC双管变换器A，所述的小功率高频双向A...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中鲜，张明华，魏永庚，宋义林，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23