本发明专利技术属于非电气接触电能传输技术领域，公开了一种基于超声波式非电气接触电能传输的门极驱动电源，高频逆变电路用于将直流电源输出的直流电压逆变为高频电压，发射侧阻抗补偿电路用于将高频电压阻抗补偿后生成高频电信号传输至能量转换与传输单元；驱动电路用于为高频逆变电路提供驱动信号；能量发射换能器将高频电信号转换为同频的能量超声波，并通过传输介质进行传输，能量接收换能器将接收到的能量超声波还原为高频电信号；传输介质为柱状非金属固体；阻抗补偿电路对高频电信号进行阻抗补偿，整流电路将高频电信号整流为直流电压。压。压。
【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波式非电气接触电能传输的门极驱动电源
[0001]本专利技术属于非电气接触电能传输
，尤其涉及一种基于超声波式非电气接触电能传输的门极驱动电源。
技术介绍
[0002]模块化多电平换流器由多个半桥或全桥模块组成，近来得到了广泛研究。模块化多电平换流技术可以显著降低开关应力和输出电压的谐波含量，且已经在中高压大功率变换中进行了工程化应用。但是，对于模块化多电平换流器来说，所有开关器件的门极驱动电路都由同一电源供电，加在开关器件上的电压最高可达母线电压，故为每个全桥模块门极驱动电路供电的电源与驱动电路之间须有很强的隔离和绝缘。目前，主要采用干式绕线型变压器为全桥模块门极驱动电路和驱动电源之间提供隔离和绝缘。这种方式的不足之处在于变压器中有磁心，因此电磁兼容性差。在模块化多电平换流器中，存在大量开关器件和电气元件，电磁环境十分复杂，因此工作时会对变压器中的磁心造成影响。
[0003]为了消除磁心的影响，有的学者采用无磁心的电磁感应式无线电能传输技术设计了门极驱动电路隔离供电电源。无线电能传输技术指的是不使用直接接触的导线进行电能有效传输的技术。当使用电磁感应式无线电能传输技术进行电能传输时，在发射侧，直流电压经高频逆变后传输给发射线圈以建立高频磁场；在接收侧，接收线圈将接收到的电能处理后给负载使用。发射线圈和接收线圈之间是空气，因此在避免使用磁心的同时保障了隔离和绝缘。但是，电磁感应式无线电能传输技术主要依靠电磁场传输能量，在电磁环境复杂的模块化多电平换流器中使用电磁感应式无线电能传输技术为门极驱动电路进行供电，电磁安全性仍会受到影响。
技术实现思路
[0004]基于以上研究现状，本专利技术提出采用超声波式非电气接触式电能传输技术为门极驱动电路供电的方案。超声波式非电气接触式电能传输技术是一种新型的电能传输技术，该技术以超声波作为间接能量进行电能有效传输，在发射侧，发射换能器将电能转化为超声波能量并通过介质进行传输；在接收侧，接收换能器将接收到的超声波能量再次转化为电能后给负载使用。超声波式非电气接触电能传输技术以超声波为间接能量进行电能传输，超声波是一种机械波而非电磁波，所以不会受到周围电磁环境的影响。这样，使用超声波式非电气接触电能传输技术可以在保证绝缘和隔离强度的前提下为驱动电路安全可靠地提供所需电能。在本专利技术中，通过闭环控制电路保证了接收侧输出电压的稳定，采用了一个发射侧同时为多个接收侧负载供电，发射侧和接收侧以及不同的接收侧之间均能保持隔离和绝缘。
[0005]一种基于超声波式非电气接触电能传输的门极驱动电源，包括：发射侧激励单元、能量转换与传输单元和接收侧调理单元；
[0006]所述发射侧激励单元包括：依次相连的直流电源、高频逆变电路、发射侧阻抗补偿
电路和与高频逆变电路相连的驱动电路；所述高频逆变电路用于将直流电源输出的直流电压逆变为高频电压，所述发射侧阻抗补偿电路用于将高频电压阻抗补偿后生成高频电压传输至能量转换与传输单元；所述驱动电路用于为高频逆变电路提供驱动信号；
[0007]所述能量转换与传输单元包括：传输介质和分别安装在传输介质两侧的能量发射换能器和能量接收换能器；所述能量发射换能器将高频电压转换为同频的能量超声波，并通过传输介质进行传输，所述能量接收换能器将接收到的能量超声波还原为高频电压；所述传输介质为柱状非金属固体；
[0008]所述接收侧调理单元包括：阻抗补偿电路和整流电路；所述阻抗补偿电路对高频电压进行阻抗补偿，所述整流电路将高频电压整流为直流电压。
[0009]进一步，所述能量发射换能器与能量接收换能器的工作频率相同，且所述能量发射换能器与能量接收换能器同轴安装于传输介质两侧。
[0010]进一步，所述能量转换与传输单元包括中的能量发射换能器数量为一个，能量接收换能器数量为多个，工作频率均相同；
[0011]其中一个能量接收换能器与能量发射换能器同轴安装于传输介质两侧；其他的能量接收换能器与同轴能量接收换能器同侧安装，且彼此间距离等于工作频率下超声波半波长的整数倍。
[0012]进一步，所述电源还包括：闭环控制单元；所述闭环控制单元包括：电压采样电路、发射调理电路、无线发射单元、无线接收单元、接收调理电路和控制电路；
[0013]所述电压采样电路用于采样接收侧调理单元中整流电路输出的直流电压得到电压信号；
[0014]所述发射调理电路对电压信号进行滤波、调制后生成高频数字信号；
[0015]所述无线发射单元将高频数字信号通过无线通信方式传输至无线接收单元并还原为高频数字信号；
[0016]所述接收调理电路将高频数字信号解调还原为电压信号；
[0017]所述控制电路根据解调得到的电压信号与预设电压的差值控制驱动电路生成不同的驱动信号，从而控制高频逆变电路输出的高频电压幅值，进而控制接收侧调理单元整流电路输出直流电压幅值。
[0018]进一步，所述无线发射单元和无线接收单元的无线通信方式为激光通信、超声波通信、红外通信、ZigBee通信、LTE通信、WIFI通信、5G通信。
[0019]进一步，所述无线发射单元和无线接收单元采用的无线通信方式为超声波通信；
[0020]所述无线发射单元和无线接收单元分别为通信发射换能器和通信接收换能器；
[0021]所述通信发射换能器和通信接收换能器工作频率相同，分别同轴安装于传输介质两侧；
[0022]通信发射换能器将高频数字信号转换为同频的通信超声波并通过传输介质进行传输，所述通信接收换能器将接收到的通信超声波还原为高频数字信号。
[0023]进一步，所述通信发射换能器和通信接收换能器的工作频率与所述能量发射换能器和能量接收换能器的工作频率相差至少一个数量级。
[0024]进一步，所述通信发射换能器、通信接收换能器、能量发射换能器和能量接收换能器结构类似；均包括：压电片和表面镀银；
[0025]所述压电片上下表面分别镀银；所述压电片下表面通过耦合剂与传输介质粘接；
[0026]所述压电片下表面镀银局部延伸至压电片上表面但不与上表面镀银导通；便于压电片两侧施加或引出电信号。
[0027]进一步，通信发射换能器和通信接收换能器与任意能量发射换能器和能量接收换能器之间的距离，既不等于通信超声波工作频率下半波长的整数倍，也不等于能量超声波工作频率下半波长的整数倍。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0029](1)使全桥模块驱动电路中的芯片供电不会受到周围电磁环境的影响。
[0030](2)在保证绝缘和隔离强度的前提下，为驱动电路安全可靠地提供所需电能，避免了驱动电路和主电路共地。
[0031](3)闭环控制电路保证了接收侧调理部分稳定的输出电压。
[0032](4)实现了一个发射侧同时为多个接收侧负载供电，且发射侧和接收侧以及不同的接收侧之间均能保持隔离和绝缘。
附图说明
[0033]图1为基于超声本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于超声波式非电气接触电能传输的门极驱动电源，其特征在于：所述电源包括：发射侧激励单元、能量转换与传输单元和接收侧调理单元；所述发射侧激励单元包括：依次相连的直流电源、高频逆变电路、发射侧阻抗补偿电路和与高频逆变电路相连的驱动电路；所述高频逆变电路用于将直流电源输出的直流电压逆变为高频电压，所述发射侧阻抗补偿电路用于将高频电压阻抗补偿后生成高频电压传输至能量转换与传输单元；所述驱动电路用于为高频逆变电路提供驱动信号；所述能量转换与传输单元包括：传输介质和分别安装在传输介质两侧的能量发射换能器和能量接收换能器；所述能量发射换能器将高频电压转换为同频的能量超声波，并通过传输介质进行传输，所述能量接收换能器将接收到的能量超声波还原为高频电压；所述传输介质为柱状非金属固体；所述接收侧调理单元包括：阻抗补偿电路和整流电路；所述阻抗补偿电路对高频电压进行阻抗补偿，所述整流电路将高频电压整流为直流电压。2.根据权利要求1所述的门极驱动电源，其特征在于：所述能量发射换能器与能量接收换能器的工作频率相同，且所述能量发射换能器与能量接收换能器同轴安装于传输介质两侧。3.根据权利要求2所述的门极驱动电源，其特征在于：所述能量转换与传输单元包括中的能量发射换能器数量为一个，能量接收换能器数量为多个，工作频率均相同；其中一个能量接收换能器与能量发射换能器同轴安装于传输介质两侧；其他的能量接收换能器与同轴能量接收换能器同侧安装，且彼此间距离等于工作频率下超声波半波长的整数倍。4.根据权利要求2或3所述的门极驱动电源，其特征在于：所述电源还包括：闭环控制单元；所述闭环控制单元包括：电压采样电路、发射调理电路、无线发射单元、无线接收单元、接收调理电路和控制电路；所述电压采样电路用于采样接收侧调理单元中整流电路输出的直流电压得到电压信号；所述发射调理电路对电压信号进行滤波、调制后生成高频数字信号；...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴茂鹏，苏利娟，吴东华，段晓丽，何琪，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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