利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，采用了磁共振无线充电技术直接对磁感应设备供电或通过对锂电池充电进而对磁感应设备供电两种方式。利用磁共振无线充电技术直接给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射电磁能量，并通过磁共振接收天线传递能量到达磁感应发射线圈，最后传递到磁感应接收线圈，供负载设备使用；利用磁共振无线充电技术作为中继储能给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射能量，并通过磁共振接收天线接收给锂电池储存能量，负载设备用电时，锂电池放电给磁感应发射线圈传送能量并将能量发送到磁感应接收线圈。

Magnetic induction wireless charging system using magnetic resonance wireless charging technology as relay

The invention discloses a magnetic induction wireless charging system which uses magnetic resonance wireless charging technology as relay. The magnetic resonance wireless charging technology is used to directly supply power to magnetic induction equipment or to supply power to magnetic induction equipment by charging lithium batteries. When the magnetic resonance wireless charging technology is used to directly supply power to the magnetic induction transmitting module and charge the equipment, the system transmits electromagnetic energy through the magnetic resonance transmitting antenna, and transmits energy to the magnetic induction transmitting coil through the magnetic resonance receiving antenna, and finally to the magnetic induction receiving coil for the use of load equipment; magnetic resonance wireless charging technology is used as the relay energy storage to the magnetic induction. When the transmitting module is powered and charged for the equipment, the system transmits energy through the magnetic resonance transmitting antenna, and receives energy from the magnetic resonance receiving antenna to the lithium battery for storage. When the load equipment uses electricity, the lithium battery discharges to the magnetic induction transmitting coil to transmit energy and send energy to the magnetic induction receiving coil.

【技术实现步骤摘要】
利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统
本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统的设计。
技术介绍
随着电子信息技术和自动化控制技术的不断发展，各式各样的家电设备和消费电子产品、移动通信设备等已得到了广泛普及，然而传统的家用电器依赖电源线和电源插座之间的有线连接来实现供电，采用内置电池的电子设备也需要充电线与电源插座之间的有线连接来进行充电，因此我们随处能看到为这些电子设备提供电能供给的电线。这些电线不仅占据了我们的活动空间，限制了设备使用的方便性，而且产生了安全用电的隐患。所以，随着人们对可以完全无线使用的便携式设备和绿色能源系统的需求的不断增长，对于无线能量传输技术的研究和应用迅速成为国内外学术界和工业界的焦点。目前，该技术已逐渐被应用于人们日常生活中的低功耗电子产品中，替代原有的电源线来实现对设备的无线充电，给人们的生活带来额外的便利，例如基于磁感应耦合技术的无线充电牙刷和无线充电毯。然而无线能量传输技术的应用价值和市场潜力远远不止于此，例如无线能量传输技术在智能家居领域的应用将移颠覆传统家电及移动通信设备、电子消费产品的使用模式，以住宅为平台，利用中距离无线能量传输技术、隐藏布线技术以及自动控制技术彻底移除家居生活区域内所有电源线，对设备进行无线充电或者持续电能供给，提升家居安全性、便利性、舒适性和艺术性，构建高效、环保、节能的居住环境。另外，对于生物医学领域中的可用于诊疗的可植入医疗设备来说，考虑到对其进行有线持续供电或充电的不方便性、不可行性甚至高危险性，无线能量传输技术的应用也显得极为重要和关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了给磁感应供电或充电提供一个稳定、高效的中继磁共振无线电能供给方案，以解决目前磁感应技术在传输距离上的不足，提出了一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统。本专利技术的技术方案为：利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，包括磁共振发射模组、磁共振接收模组、磁感应发射模组、磁感应接收模组和蓝牙控制模组。磁共振发射模组包括依次连接的电源适配器、射频功放源、第一匹配网络以及磁共振发射天线，电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线集成安装在无线充电基座上，电源适配器的输入端与220V交流电源连接。磁共振接收模组包括磁共振接收天线、磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路，磁共振接收天线设置于磁共振发射天线正上方，并与磁共振发射天线磁耦合，磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路均固定连接在散热片上表面，整流稳压电路与磁共振接收天线电性连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源电性连接。磁感应发射模组包括磁感应驱动电路和磁感应发射线圈，磁感应驱动电路固定连接在散热片上表面，磁感应发射线圈设置于磁感应驱动电路上方，且磁感应发射线圈下表面设置有隔磁片。磁感应接收模组包括磁感应接收线圈和磁感应接收电源，磁感应接收线圈设置于磁感应发射线圈正上方，并与磁感应发射线圈磁耦合，磁感应接收电源分别与磁感应接收线圈以及负载设备电性连接。蓝牙控制模组包括蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路，蓝牙芯片和蓝牙驱动供电电路均设置于磁共振接收电源和磁感应驱动电路之间，并分别与磁共振接收电源和磁感应驱动电路电性连接。磁感应无线充电系统还包括中继储能模组，中继储能模组包括锂电池和电池管理电路，锂电池和电池管理电路均设置在磁共振接收天线上方，且锂电池和磁共振接收天线之间设置有铁氧磁体隔离片，锂电池分别与磁共振接收电源、磁感应驱动电路、蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路电性连接，蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路还与电池管理电路电性连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用了磁共振无线充电技术直接对磁感应设备供电或通过对锂电池充电进而对磁感应设备供电两种方式。利用磁共振无线充电技术直接给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射电磁能量,并通过磁共振接收天线传递能量到达磁感应发射线圈，最后传递到磁感应接收线圈，供负载设备使用；利用磁共振无线充电技术作为中继储能给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射能量，并通过磁共振接收天线接收给锂电池储存能量，负载设备用电时，锂电池放电给磁感应发射线圈传送能量并将能量发送到磁感应接收线圈。本专利技术通过利用磁共振无线充电作为中继解决了磁感应设备供电或充电时距离过短的问题，可解决系统结构打孔、穿线等问题。本专利技术增加了中继储能装置，可在周围无电源时对关键设备、应急设备和一些小功率设备供电，保证系统的正常运行。优选地，射频功放源包括稳压芯片N16、功放管N17、输入匹配子电路、栅极偏置子电路、漏极偏置子电路以及输出匹配子电路。芯片N16的ADJ引脚分别与电源负极、电容C77的一端以及电容C78的一端连接，芯片N16的Vout引脚分别与电容C78的另一端、电感L11的一端以及+5V电源连接，芯片N16的Vin引脚分别与电容C77的另一端以及+15V电源连接。输入匹配子电路包括并联的电容C69和电容C79，电容C69和电容C79并联后一端与功放管N17的栅极连接，其另一端通过插接件Y2与电感L11的另一端、电容C73的一端以及电容C74的一端连接，C73的另一端和电容C74的另一端均与电源负极连接。栅极偏置子电路包括电容C84，电容C84的一端与电源负极连接，其另一端分别与芯片N16的Vout引脚以及电阻R45的一端连接，电阻R45的另一端通过电阻R46分别与电容C85的一端、电阻R47的一端以及电阻R40的一端连接，电容C85的另一端和电阻R47的另一端均与电源负极连接，电阻R40的另一端与功放管N17的栅极连接。漏极偏置子电路包括电感L13，电感L13的一端与功放管N17的漏极连接，其另一端分别与电容C82的一端、电容C83的一端、极性电容C86的正极以及+11.2V电源连接，电容C82的另一端、电容C83的另一端以及极性电容C86的负极均与电源负极连接。功放管N17的源极与电源负极连接，其漏极还分别与电容C61的一端、电容C63的一端、电容C64的一端、电容C65的一端以及电容C70的一端连接，电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均与电源负极连接。输出匹配子电路包括并联的电容C62和电感L12，电容C62和电感L12并联后一端分别与电容C61的另一端以及电容C70的另一端连接，其另一端分别与电容C68的一端、电容C71的一端以及电容C72的一端连接，电容C68的另一端通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，电容C71的另一端和电容C72的另一端均通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，并连接电源负极。上述优选方案的有益效果是：本专利技术使用的功放源采用集总元件做的窄带匹配方案，有效的提升了传输效率，极大的改善了系统的无线能量传输效率。优选地，磁共振发射天线为平板型结构，其正面为第一发射谐振线圈，其背面为第二发射谐振线圈，第一发射谐振线圈和第二发射谐振线圈均为带缺口的四方螺旋环形线圈，第一发射谐振线圈上设置有第一连接点，第二发射谐振线圈上设置有第二连接点，第一连接点和第二连接点之间设置有通孔。磁共振发射天线的几何参数和电气参数设置如下：第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，其特征在于，包括磁共振发射模组、磁共振接收模组、磁感应发射模组、磁感应接收模组和蓝牙控制模组；所述磁共振发射模组包括依次连接的电源适配器、射频功放源、第一匹配网络以及磁共振发射天线，所述电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线集成安装在无线充电基座上，所述电源适配器的输入端与220V交流电源连接；所述磁共振接收模组包括磁共振接收天线、磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路，所述磁共振接收天线设置于磁共振发射天线正上方，并与磁共振发射天线磁耦合，所述磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路均固定连接在散热片上表面，所述整流稳压电路与磁共振接收天线电性连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源电性连接；所述磁感应发射模组包括磁感应驱动电路和磁感应发射线圈，所述磁感应驱动电路固定连接在散热片上表面，所述磁感应发射线圈设置于磁感应驱动电路上方，且磁感应发射线圈下表面设置有隔磁片；所述磁感应接收模组包括磁感应接收线圈和磁感应接收电源，所述磁感应接收线圈设置于磁感应发射线圈正上方，并与磁感应发射线圈磁耦合，所述磁感应接收电源分别与磁感应接收线圈以及负载设备电性连接；所述蓝牙控制模组包括蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路，所述蓝牙芯片和蓝牙驱动供电电路均设置于磁共振接收电源和磁感应驱动电路之间，并分别与磁共振接收电源和磁感应驱动电路电性连接。...

【技术特征摘要】
1.利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，其特征在于，包括磁共振发射模组、磁共振接收模组、磁感应发射模组、磁感应接收模组和蓝牙控制模组；所述磁共振发射模组包括依次连接的电源适配器、射频功放源、第一匹配网络以及磁共振发射天线，所述电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线集成安装在无线充电基座上，所述电源适配器的输入端与220V交流电源连接；所述磁共振接收模组包括磁共振接收天线、磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路，所述磁共振接收天线设置于磁共振发射天线正上方，并与磁共振发射天线磁耦合，所述磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路均固定连接在散热片上表面，所述整流稳压电路与磁共振接收天线电性连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源电性连接；所述磁感应发射模组包括磁感应驱动电路和磁感应发射线圈，所述磁感应驱动电路固定连接在散热片上表面，所述磁感应发射线圈设置于磁感应驱动电路上方，且磁感应发射线圈下表面设置有隔磁片；所述磁感应接收模组包括磁感应接收线圈和磁感应接收电源，所述磁感应接收线圈设置于磁感应发射线圈正上方，并与磁感应发射线圈磁耦合，所述磁感应接收电源分别与磁感应接收线圈以及负载设备电性连接；所述蓝牙控制模组包括蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路，所述蓝牙芯片和蓝牙驱动供电电路均设置于磁共振接收电源和磁感应驱动电路之间，并分别与磁共振接收电源和磁感应驱动电路电性连接。2.根据权利要求1所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，还包括中继储能模组，所述中继储能模组包括锂电池和电池管理电路，所述锂电池和电池管理电路均设置在磁共振接收天线上方，且所述锂电池和磁共振接收天线之间设置有铁氧磁体隔离片，所述锂电池分别与磁共振接收电源、磁感应驱动电路、蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路电性连接，所述蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路还与电池管理电路电性连接。3.根据权利要求1-2任一所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述射频功放源包括稳压芯片N16、功放管N17、输入匹配子电路、栅极偏置子电路、漏极偏置子电路以及输出匹配子电路；所述芯片N16的ADJ引脚分别与电源负极、电容C77的一端以及电容C78的一端连接，所述芯片N16的Vout引脚分别与电容C78的另一端、电感L11的一端以及+5V电源连接，所述芯片N16的Vin引脚分别与电容C77的另一端以及+15V电源连接；所述输入匹配子电路包括并联的电容C69和电容C79，所述电容C69和电容C79并联后一端与功放管N17的栅极连接，其另一端通过插接件Y2与电感L11的另一端、电容C73的一端以及电容C74的一端连接，所述C73的另一端和电容C74的另一端均与电源负极连接；所述栅极偏置子电路包括电容C84，所述电容C84的一端与电源负极连接，其另一端分别与芯片N16的Vout引脚以及电阻R45的一端连接，所述电阻R45的另一端通过电阻R46分别与电容C85的一端、电阻R47的一端以及电阻R40的一端连接，所述电容C85的另一端和电阻R47的另一端均与电源负极连接，所述电阻R40的另一端与功放管N17的栅极连接；所述漏极偏置子电路包括电感L13，所述电感L13的一端与功放管N17的漏极连接，其另一端分别与电容C82的一端、电容C83的一端、极性电容C86的正极以及+11.2V电源连接，所述电容C82的另一端、电容C83的另一端以及极性电容C86的负极均与电源负极连接；所述功放管N17的源极与电源负极连接，其漏极还分别与电容C61的一端、电容C63的一端、电容C64的一端、电容C65的一端以及电容C70的一端连接，所述电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均与电源负极连接；所述输出匹配子电路包括并联的电容C62和电感L12，所述电容C62和电感L12并联后一端分别与电容C61的另一端以及电容C70的另一端连接，其另一端分别与电容C68的一端、电容C71的一端以及电容C72的一端连接，所述电容C68的另一端通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，所述电容C71的另一端和电容C72的另一端均通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，并连接电源负极。4.根据权利要求1-2任一所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述磁共振发射天线为平板型结构，其正面为第一发射谐振线圈(602)，其背面为第二发射谐振线圈(702)，所述第一发射谐振线圈(602)和第二发射谐振线圈(702)均为带缺口的四方螺旋环形线圈，所述第一发射谐振线圈(602)上设置有第一连接点(601)，所述第二发射谐振线圈(702)上设置有第二连接点(701)，所述第一连接点(601)和第二连接点(701)之间设置有通孔；所述磁共振发射天线的几何参数和电气参数设置如下：所述第一发射谐振线圈(602)的外部长度Lres_TX1为50mm-150mm；所述第一发射谐振线圈(602)的外部宽度Hres_TX1为50mm-150mm；所述第一发射谐振线圈(602)中微带线的宽度Wres_TX1为3mm-5mm；所述第一发射谐振线圈(602)中微带线之间的距离Sres_TX1为1mm-3mm；所述第二发射谐振线圈(702)的外部长度Lres_TX2为50mm-150mm；所述第二发射谐振线圈(702)的外部宽度Hres_TX2为50mm-150mm；所述第二发射谐振线圈(702)中微带线的宽度Wres_TX2为3mm-5mm；所述第二发射谐振线圈(702)中微带线之间的距离Sres_TX2为1mm-3mm；所述磁共振发射天线的谐振电容值为100pF-500pF；所述磁共振发射天线的匹配电容值为100pF-500pF。5.根据权利要求1-2任一所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述磁共振接收天线为平板型结构，其正面为接收谐振线圈(802)，其背面包括微带线(901)和焊盘(903)，所述接收谐振线圈(802)为带缺口的四方螺旋环形线圈，其上设置有第三连接点(801)，所述微带线(901)分为三段，第一段微带线和第二段微带线相互垂直连接，第二段微带线和第三段微带线之间设置有两个焊盘(903)，且所述微带线(901)通过焊盘(903)与整流稳压电路连接，所述第一段微带线和第三段微带线上设置有第四连接点(902)，所述第三连接点(801)和第四连接点(902)之间设置有通孔；所述磁共振接收天线的几何参数和电气参数设置如下：所述接收谐振线圈(802)的外部长度Lres_RX为30mm-50mm；所述接收谐振线圈(802)的外部宽度Hres_RX为30mm-50mm；所述接收谐振线圈(802)中微带线的宽度Wres_RX为0.5mm-1.5mm；所述接收谐振线圈(802)中微带线之间的距离Sres_RX为0.3mm-0.7mm；所述第一段微带线的长度Lres_RX1为3mm-5mm；所述第一段微带线的宽度Wres_RX1为0.5mm-1.5mm；所述第二段微带线的长度Lres_RX2为5mm-7mm；所述第二段微带线的宽度Wres_RX2为0.5mm-1.5mm；所述第三段微带线的长度Lres_RX3为5mm-7mm；所述第三段微带线的宽度Wres_RX3为0.5mm-1.5mm；所述焊盘(903)的长度Lpad_RX为3mm-5mm；所述焊盘(903)的宽度Wpad_RX为1mm-3mm；所述磁共振接收天线的谐振电容值为100pF-500pF；所述磁共振接收天线的匹配电容值为100pF-500pF。6.根据权利要求1-2任一所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述整流稳压电路包括匹配子电路、桥式整流子电路、稳压子电路、滤波子电路以及限流子电路；所述匹配子电路包括电容C34、电容C38、电容C40和电容C41，所述电容C34的一端分别与电容C38的一端、电容C40的一端以及电容C41的一端连接，其另一端分别与电容C38的另一端以及磁共振接收天线连接，所述电容C40的另一端和电容C41的另一端相连，并与磁共振接收天线连接；所述桥式整流子电路包括二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，所述二极管D4的正极与二极管D6的负极相连，并与电容C34的一端连接，所述二极管D5的正极与二极管D7的负极相连，并与电容C34的另一端连接，所述二极管D4的负极与二极管D5的负极相连，并分别与电容C18的一端、接地电容C15以及接地电容C16连接，所述二极管D6的正极与二极管D7的正极相连，并与电容C18的另一端连接并接地；所述稳压子电路包括稳压芯片N5，所述芯片N5的AAM引脚与电阻R3的一端连接，所述芯片N5的IN引脚分别与电阻R3的另一端、电阻R6的一端、接地电容C17以及二极管D4的负极连接，所述芯片N5的SW引脚分别与电感L5的一端以及电容C19的一端连接，所述芯片N5的GND引脚接地，所述芯片N5的BST引脚通过电阻R4与电容C19的另一端连接，所述芯片N5的EN引脚分别与电阻R6的另一端以及接地电阻R8连接，所述芯片N5的VCC引脚与接地电容C39连接，所述芯片N5的FB引脚分别与电阻R15的一端以及电容C33的一端连接，所述电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端以及接地电阻R17连接，所述电容C33的另一端与电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与电阻R16的另一端连接；所述滤波子电路包括接地电容C27、接地电容C28以及接地电容C29，所述接地电容C27、接地电容C28和接地电容C29均与电感L5的另一端连接；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻易强，胡鹏飞，
申请(专利权)人：成都斯普奥汀科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51