基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置制造方法及图纸

基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，属于无线充电技术领域。解决了传统无线充电装置加入死区时间，同组功率开关管均处于关断状态，在此关断状态下，无线充电装置中的逆变器无法输出电压，使得无线充电装置存在输出电压不完整、可靠性差的问题。本发明专利技术包括双降压无死区全桥逆变电路、滤波电路、耦合线圈M、H桥整流电路和LC回路；双降压无死区全桥逆变电路由两个并联连接的半桥式逆变电路构成，本发明专利技术采用由功率管和反向并联的二极管串联同一桥臂的双降压结构，这样就避免了同一桥臂误导通的问题，输出电压、电流完整。本发明专利技术主要应用在医疗、水下潜航、航空航天等此类特殊应用场景下的无线充电领域。的无线充电领域。的无线充电领域。

【技术实现步骤摘要】
基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置


[0001]本专利技术属于无线充电


技术介绍

[0002]利用电磁效应的无线传输方式可分为近场或远场传输两种，远场传输一般是利用电磁辐射和激光远距离传输，而近场传输一般分为电场或磁场耦合两种方式。电场耦合式通过耦合极板实现电能传输，这种方式结构相对较为简单，但是这种方式需要的设备体积较大，传输功率较小，因此适用场合并不多。磁场耦合方式可以分为感应耦合和谐振耦合两种，这两种方式的工作原理大致相同，都是利用耦合线圈传递能量，不同的是谐振耦合式的原副边线圈参数相同，工作时原副边处于一种谐振状态，这样有利于提高电能效率。但是这种方式对耦合线圈的共振频率和摆放位置有较高要求，并且结构较感应耦合式来说复杂一些，因此使用的没有感应耦合式广泛。图1为传统感应耦合式无线充电技术的电路拓扑结构。
[0003]对于各种近场传输结构来说，原边侧的直流电都要经过逆变环节输出为交流电后再经耦合元件对外传输。但是桥型逆变电路在工作过程中同一桥臂上下功率管可能会直通造成短路，为了避免这一问题就需要在同一组MOS管互补的驱动信号中加入死区时间，在这一段时间中，同组功率开关管均处于关断状态，逆变电流流经二极管续流。而这一盲区的出现通常会影响系统的工作可靠性，加大能量损耗，削弱电能质量。并且，当死区时间占工作周期的比重越来越大时，还可能会造成电压畸变，甚至损坏器件。
[0004]但是当无线充电技术应用在对电能质量和供电可靠性要求较高的场所中时，比如医疗领域中的“人工心脏”，或植入人体内的心脏起搏器一类的微型芯片；或者是在应用在水下潜航领域中对深海潜航器的充电；又或者是应用在航空航天的对舱外装置充电等特殊情况下，对需要长期稳定供电的系统进行充电时。在这些情况下，一旦无线传输装置的逆变器桥臂误导通，将严重影响系统的可靠性。此时传统无线充电装置便无法满足在这种工作环境下的需求。因此在这种情况下，就对无线充电装置的可靠性提出了很高的要求。而传统的传统无线充电装置存在输出电压不完整、可靠性差无法满足此要求，故以上问题亟需解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是为了传统无线充电装置加入死区时间，同组功率开关管均处于关断状态，在此关断状态下，无线充电装置中的逆变器无法输出电压，使得无线充电装置存在输出电压不完整、可靠性差的问题，本专利技术提供了一种基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置。
[0006]基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，包括双降压无死区全桥逆变电路、滤波电路、耦合线圈M、H桥整流电路和LC回路；
[0007]双降压无死区全桥逆变电路由两个并联连接的半桥式逆变电路构成，用于对接入
的直流电源U
i
转化为交流电，并将该交流电通过滤波电路滤波后，通过耦合线圈M耦合至H桥整流电路，H桥整流电路对接收到的滤波后的交流电进行整流后，输出的直流电通过LC回路滤波后给负载供电；
[0008]双降压无死区全桥逆变电路包括功率开关管S1至S4、二极管D1至D4；其中，功率开关管S1、功率开关管S3、二极管D1和二极管D3构成第一个半桥式逆变电路，功率开关管S2、功率开关管S4、二极管D2和二极管D4构成第二个半桥式逆变电路；
[0009]功率开关管S1的漏极、功率开关管S2的漏极、二极管D3的阴极和二极管D4的阴极同时与直流电源U
i
的正极连接；
[0010]功率开关管S1的源极与二极管D1的阴极连接后，作为第一个半桥式逆变电路的一个交流输出端接入滤波电路；
[0011]二极管D3的阳极与功率开关管S3的漏极连接后，作为第一个半桥式逆变电路的另一个交流输出端接入滤波电路；
[0012]二极管D1的阳极、功率开关管S3的源极、二极管D2的阳极和功率开关管S4的源极同时与直流电源U
i
的负极连接；功率开关管S2的源极与二极管D2的阴极同时连接后，作为第二个半桥式逆变电路的一个交流输出端接入滤波电路；
[0013]二极管D4的阳极与功率开关管S4的漏极连接后，作为第二个半桥式逆变电路的另一个交流输出端接入滤波电路。
[0014]优选的是，滤波电路包括电感L1至L4、以及电容C1；
[0015]电感L1的一端与功率开关管S1的源极连接，电感L3的一端与二极管D3的阳极连接，电感L1的另一端与电感L3的另一端、电容C1的一端和耦合线圈M的原边绕组同名端同时连接；
[0016]电感L2的一端与功率开关管S2的源极连接，电感L4的一端与二极管D4的阳极连接，电感L2的另一端与电感L4的另一端、电容C1的另一端和耦合线圈M的原边绕组异名端同时连接；
[0017]耦合线圈M的副边绕组的同名端和异名端分别与H桥整流电路的两个交流输入端同时连接。
[0018]优选的是，H桥整流电路包括二极管D5、D6、D7和D8；
[0019]二极管D5的阳极和二极管D6的阴极连接后，作为H桥整流电路的第一个交流输入端；
[0020]二极管D7的阳极和二极管D8的阴极连接后，作为H桥整流电路的第二个交流输入端；
[0021]二极管D5的阴极和二极管D7的阴极连接后，作为H桥整流电路正极输出端；
[0022]二极管D6的阴极和二极管D8的阴极连接后，作为H桥整流电路负极输出端。
[0023]优选的是，LC回路包括电感L5和电容C2；
[0024]H桥整流电路正极输出端与电感L5的一端连接，电感L5的另一端与电容C2的一端连接后作为充电装置的正极输出端与负载的一端连接；
[0025]H桥整流电路负极输出端与电容C2的另一端连接后作为充电装置的负极输出端与负载的另一端连接。
[0026]优选的是，电感L1和电感L3构成一对正向耦合电感，且电感L1的一端和电感L3的一
端均作为一对正向耦合电感的同名端，电感L1的另一端和电感L3的另一端均作为一对正向耦合电感的异名端；
[0027]电感L2和电感L4构成另一对正向耦合电感，且电感L2的一端和电感L4的一端均作为另一对正向耦合电感的同名端，电感L2的另一端和电感L4的另一端均作为另一对正向耦合电感的异名端。
[0028]优选的是，电感L1和电感L3构成一对反向耦合电感，且电感L1的另一端和电感L3的一端均作为一对反向耦合电感的同名端，电感L1的一端和电感L3的另一端均作为一对反向耦合电感的异名端；
[0029]电感L2和电感L4构成另一对反向耦合电感，且电感L2的另一端和电感L4的一端均作为另一对反向耦合电感的同名端，电感L2的一端和电感L4的另一端均作为另一对反向耦合电感的异名端。
[0030]优选的是，所述的基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，还包括软开关支路；
[0031]软开关支路包括IGBT管S
11
、IGBT管S
21
、电感L'
r1
、电感L'
r2
、电感L
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，其特征在于，包括双降压无死区全桥逆变电路、滤波电路、耦合线圈M、H桥整流电路和LC回路；双降压无死区全桥逆变电路由两个并联连接的半桥式逆变电路构成，用于对接入的直流电源U
i
转化为交流电，并将该交流电通过滤波电路滤波后，通过耦合线圈M耦合至H桥整流电路，H桥整流电路对接收到的滤波后的交流电进行整流后，输出的直流电通过LC回路滤波后给负载供电；双降压无死区全桥逆变电路包括功率开关管S1至S4、二极管D1至D4；其中，功率开关管S1、功率开关管S3、二极管D1和二极管D3构成第一个半桥式逆变电路，功率开关管S2、功率开关管S4、二极管D2和二极管D4构成第二个半桥式逆变电路；功率开关管S1的漏极、功率开关管S2的漏极、二极管D3的阴极和二极管D4的阴极同时与直流电源U
i
的正极连接；功率开关管S1的源极与二极管D1的阴极连接后，作为第一个半桥式逆变电路的一个交流输出端接入滤波电路；二极管D3的阳极与功率开关管S3的漏极连接后，作为第一个半桥式逆变电路的另一个交流输出端接入滤波电路；二极管D1的阳极、功率开关管S3的源极、二极管D2的阳极和功率开关管S4的源极同时与直流电源U
i
的负极连接；功率开关管S2的源极与二极管D2的阴极同时连接后，作为第二个半桥式逆变电路的一个交流输出端接入滤波电路；二极管D4的阳极与功率开关管S4的漏极连接后，作为第二个半桥式逆变电路的另一个交流输出端接入滤波电路。2.根据权利要求1所述的基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，其特征在于，滤波电路包括电感L1至L4、以及电容C1；电感L1的一端与功率开关管S1的源极连接，电感L3的一端与二极管D3的阳极连接，电感L1的另一端与电感L3的另一端、电容C1的一端和耦合线圈M的原边绕组同名端同时连接；电感L2的一端与功率开关管S2的源极连接，电感L4的一端与二极管D4的阳极连接，电感L2的另一端与电感L4的另一端、电容C1的另一端和耦合线圈M的原边绕组异名端同时连接；耦合线圈M的副边绕组的同名端和异名端分别与H桥整流电路的两个交流输入端同时连接。3.根据权利要求1所述的基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，其特征在于，H桥整流电路包括二极管D5、D6、D7和D8；二极管D5的阳极和二极管D6的阴极连接后，作为H桥整流电路的第一个交流输入端；二极管D7的阳极和二极管D8的阴极连接后，作为H桥整流电路的第二个交流输入端；二极管D5的阴极和二极管D7的阴极连接后，作为H桥整流电路正极输出端；二极管D6的阴极和二极管D8的阴极连接后，作为H桥整流电路负极输出端。4.根据权利要求1所述的基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，其特征在于，LC回路包括电感L5和电容C2；H桥整流电路正极输出端与电感L5的一端连接，电感L5的另一端与电容C2的一端连接后作为充电装置的正极输出端与负载的一端连接；H桥整流电路负极输出端与电容C2的另一端连接后作为充电装置的负极输出端与负载
的另一端连接。5.根据权利要求2所述的基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，其特征在于，电感L1和电感L3构成一对正向耦合电感，且电感L1的一端和电感L3的一端均作为一对正向耦合电感的同名端，电感L1的另一端和电感L3的另一端均作为一对正向耦合电感的异名端；电感L2和电感L4构成另一对正向耦合电感，且电感L2的一端和电感L4的一端均作为另一对正向耦合电感的同名端，电感L2的另一端和电感L4的另一端均作为另一对正向耦合电感的异名端。6.根据权利要求2所述的基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，其特征在于，电感L1和电感L3构成一对反向耦合电感，且电感L1的另一端和电感L3的一端均作为一对反向耦合电感的同名端，电感L1的一端和电感L3的另一端均作为一对反向耦合电感的异名端；电感L2和电感L4构成另一对反向耦合电感，且电感L2的另一端和电感L4的一端均作为另一对反向耦合电感的同名端，电感L2的一端和电感L4的另一端均作为另一对反向耦合电感的异名端。7.根据权利要求1所述的基于双降压无死区的磁耦合无线充电装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦坚，闫衡昭，刘一琦，张鲁，张赫，班明飞，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：