一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台制造技术

一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台，由交流电流源、发射线圈、LC多频调谐网络和多个不同工作频率的接收机组成；交流电流源可产生含有N个不同频率分量的交流电流；发射线圈采用赫姆霍兹线圈结构，由两个同轴放置且中心距离等于线圈半径的相同规格的线圈组成；LC多频调谐网络包括N个并联臂电容和N‑1个串联臂电感；接收机由接收线圈、调谐电容、负载构成；交流逆变电流源、发射线圈L1、LC多频调谐网络相互串联组成源端发射部分；工作时接收机可放置于充电平台的任意位置。本发明专利技术结构简单，容易实施，可支持多个不同工作频率的无线电能接收机同时进行充电，各接收机之间相互隔离，互不干扰。

A multi frequency and multi load wireless charging platform with load isolation characteristics

A multi-frequency and multi-load wireless charging platform with load isolation characteristics is composed of an alternating current source, a transmitting coil, an LC multi-frequency tuning network and receivers with different operating frequencies; an alternating current source can generate alternating current with N different frequency components; and a transmitting coil with a Hermholtz coil structure consists of two receivers. The LC multi-frequency tuning network consists of N parallel arm capacitors and N_1 series arm inductors; the receiver consists of receiving coils, tuning capacitors and loads; the AC inverter current source, the transmitting coil L1, the LC multi-frequency tuning network is connected in series to form the source end-emitting. The receiver can be placed at any position of the charging platform when working. The invention has the advantages of simple structure and easy implementation, and can support multiple radio power receivers with different operating frequencies to charge at the same time, and the receivers are isolated from each other and do not interfere with each other.

【技术实现步骤摘要】
一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台
本专利技术属于无线电能传输

技术介绍
无线电能传输技术因其干净，方便，安全的优点而广受青睐。目前，无线电能传输
已形成Qi、PMA、A4WP、SAE、PT61980等多个技术标准，然而遵循这些标准的无线电能传输系统通常工作在单一频率，且其工作频率并不统一，例如：Qi工作频段为110-205kHz、PMA工作频段为110-300kHz、A4WP工作频段为6.78Mhz±15kHz、SAE工作频段为81.38-90kHz。目前已有的单一工作频率的无线电能充电平台只能供与其工作频率相同的接收机进行充电，无法给多个不同工作频率的接收机充电。为了解决这一问题，文献“KimY,HaD,ChappellWJ,etal.SelectiveWirelessPowerTransferforSmartPowerDistributioninaMiniature-SizedMultiple-ReceiverSystem[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2016,63(3):1853-1862”根据线圈的最大Q值和频率的关系以及最小频率干扰的原则选择出了三个最佳的工作频点，用分时段切换电源频率给三个负载供电的方式实现负载隔离和功率分配，但是不能同时给多个不同工作频率负载供电；文献“BeppuA,KatsuraS.Analysisofdual-modewirelesspowertransferwithtwofrequencies[C].IndustrialElectronicsSociety,IECON2016-,ConferenceoftheIEEE.IEEE,2016:4487-4492.”通过给接收机增加匹配线圈以满足不同频率的接收，但是也不能同时给多个不同工作频率负载供电；在文献“ZhongW,HuiSYR.AuxiliaryCircuitsforPowerFlowControlinMulti-frequencyWirelessPowerTransferSystemsWithMultipleReceivers[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2015,30(10):5902-5910”中通过给接收机增加辅助电路，使得其能接收两个不同频率的电能，但是接收机上的充电负载彼此存在相互干扰；文献“李琳，李然.双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析及实验验证[J].电工技术学报,2017,32(18):90-97.”提供两个不同频率的传输通道以实现电能和信号的同步传输，根据单一谐振频率的电能传输线圈的阻抗特性提出了双频段无线电能传输线圈的设计思路；文献“WangGuoxing,WangPeijun,TangYina,etal.Analysisofdualbandpoweranddatatelemetryforbiomedicalimplants[J].IEEETransactionsonBiomedicalCircuitsandSystem,2012,6(3):208-2015.”在WPT系统中额外构建一套固有谐振频率不同于电能传输线圈的信号传输线圈，以实现两条独立的物理通道，由于系统包括两套独立的线圈，线圈间的交叉耦合将会带来两条物理通道之间的干扰，同时也不便于系统装置的小型化。文献“KungML,LinKH.Enhancedanalysisanddesignmethodofdual-bandcoilmodulefornear-fieldwirelesspowertransfersystems[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2015,63(3):821-832.”中构建了具有两个固有谐振频率的单匝双频线圈，并实现了利用两个频段同时传输电能以提高效率，然而对于多个负载或接收机之间的相互干扰并未考虑。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服目前无线电能传输系统只能工作于单一频率、不能同时为多种不同工作频率接收机充电的缺陷，提出了一种磁耦合谐振式的多频多负载无线充电平台，可用于同时给多个不同工作频率的接收机无线充电，接收机负载电压由电流源决定，电流源中其它频率对其串扰很小，且各接收机之间保持良好的隔离，互不影响。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术所述的一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台，由交流电流源、发射线圈、LC多频调谐网络和多个不同工作频率的接收机组成。所述的交流电流源为可产生含有N个不同频率分量的交流电流源，由AC-DC电路、逆变电路、FPGA控制电路构成。220V50/60Hz市电经AC-DC变换后给逆变电路供电；逆变电路采用全桥电流型逆变电路，同时通过FPGA编程输出逆变器开关管的控制信号，得到交流电流源的输出电流波形包含所需的各正弦频率分量，各正弦频率分量的角频率按由小到大次序排列分别为ω1,ω2,…,ωN，角频率和频率的关系满足ωi＝2πfi(i＝1,2,…,N)，各正弦频率分量电流幅度分别为I1,I2,…,IN。所述的发射线圈采用赫姆霍兹线圈结构，由两个同轴放置且中心距离等于线圈半径的相同规格的线圈组成，发射线圈的电感量的具体取值可由应用需求决定。所述的LC多频调谐网络是一个单端口的阶梯形集总参数LC网络，包括N个并联臂电容和N-1个串联臂电感。所述的接收机由接收线圈、调谐电容、负载构成，接收线圈通过与发射线圈的磁耦合谐振拾取电能。交流逆变电流源、发射线圈L1、LC多频调谐网络相互串联组成源端发射部分。工作时接收机可放置于充电平台的任意位置。LC多频调谐网络的电容和电感的具体取值可按如下方案选取：1)构造函数：分母中的参数ω1,2,…,ωN-1,N满足：ωi＜ωi,i+1＜ωi+1(i＝1,2,...,N-1)，通常可以取或或(i＝1,2,...,N-1)；2)将Z(s)展开为s的连分数形式，即：利用以上关系可提取出并联臂电容值C1～CN和串联臂电感值L2～LN。第j个接收谐振器由接收端电感线圈LRj、调谐电容CRj和负载RRj串联而成，j＝1,2,3,...。谐振器j调谐在ω1,ω2,…,ωN中的某个频率ωi上，即ωi∈{ω1,ω2,...,ωN}。负载在此频率上呈现纯电阻性或近似纯电阻性。为限制临近频率的相互干扰，谐振角频率为ωi的接收谐振器的线圈电感量LRj应满足：Min(ωiLRj|ωi+1/ωi-ωi/ωi+1|,ωiLRj|ωi/ωi-1-ωi-1/ωi|)＞＞RRj则负载RRj两端输出电压幅度为|VRj|＝ωiIiM1j，与负载无关。本专利技术公开的充电平台结构简单，容易实施。该无线充电平台可支持多个不同工作频率的无线电能接收机同时进行充电，且各接收机负载两端电压幅度与自身负载和其它负载均无关，因而各接收机之间相互隔离，互不干扰。附图说明图1是本专利技术的电路原理图，(I1,f1)(I2,f2)…(IN,fN)为输出包含多种频率分量的电流源，L1为发射电感线圈，C1、C2…CN为LC源端多频调谐网络的并联臂电容，L2、L2…LN为串联臂电感，LR1、LR1'为谐振频率f1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台，其特征是由交流电流源、发射线圈、LC多频调谐网络和多个不同工作频率的接收机组成；所述的交流电流源为可产生含有N个不同频率分量的交流电流源，由AC‑DC电路、逆变电路、FPGA控制电路构成；220V50/60Hz市电经AC‑DC变换后给逆变电路供电；逆变电路采用全桥电流型逆变电路，同时通过FPGA编程输出逆变器开关管的控制信号，得到交流电流源的输出电流波形包含所需的各正弦频率分量，各正弦频率分量的角频率按由小到大次序排列分别为ω1,ω2,…,ωN，角频率和频率的关系满足ωi＝2πfi(i＝1,2,…,N)，各正弦频率分量电流幅度分别为I1,I2,…,IN；所述的发射线圈采用赫姆霍兹线圈结构，由两个同轴放置且中心距离等于线圈半径的相同规格的线圈组成，发射线圈的电感量的具体取值可由应用需求决定；所述的LC多频调谐网络是一个单端口的阶梯形集总参数LC网络，包括N个并联臂电容和N‑1个串联臂电感；所述的接收机由接收线圈、调谐电容、负载构成，接收线圈通过与发射线圈的磁耦合谐振拾取电能；交流逆变电流源、发射线圈L1、LC多频调谐网络相互串联组成源端发射部分；工作时接收机可放置于充电平台的任意位置。...

【技术特征摘要】
1.一种具有负载隔离特性的多频多负载无线充电平台，其特征是由交流电流源、发射线圈、LC多频调谐网络和多个不同工作频率的接收机组成；所述的交流电流源为可产生含有N个不同频率分量的交流电流源，由AC-DC电路、逆变电路、FPGA控制电路构成；220V50/60Hz市电经AC-DC变换后给逆变电路供电；逆变电路采用全桥电流型逆变电路，同时通过FPGA编程输出逆变器开关管的控制信号，得到交流电流源的输出电流波形包含所需的各正弦频率分量，各正弦频率分量的角频率按由小到大次序排列分别为ω1,ω2,…,ωN，角频率和频率的关系满足ωi＝2πfi(i＝1,2,…,N)，各正弦频率分量电流幅度分别为I1,I2,…,IN；所述的发射线圈采用赫姆霍兹线圈结构，由两个同轴放置且中心距离等于线圈半径的相同规格的线圈组成，发射线圈的电感量的具体取值可由应用需求决定；所述的LC多频调谐网络是一个单端口的阶梯形集总参数LC网络，包括N个并联臂电容和N-1个串联臂电感；所述的接收机由接收线圈、调谐电容、负载构成，接收线圈通过与发射线圈的磁耦合谐振拾取电能；交流逆变电流源、发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗斌，胡瑶，刘盛彬，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36