一种无线供配电插座系统的制作方法

本发明涉及无线充电领域，特别是涉及一种无线供配电插座系统。

背景技术：

现有充电技术中，一般是以插孔形式的物理接触方式与电器进行直接相连。由于该方案采用物理接触方式，有以下缺点：

1.电路直接外露，有触电危险；

2.金属接点氧化导致接触不良，使得金属接点处温度过高可能导致自燃引发火灾；

3.插插头不方便；

4.插座易机械损坏；

5.插座嵌入墙体影响墙体美观；

6.限制充电设备的活动能力；

7.插孔易遇水短路；

8.不能够以高功率因素为用电设备提供电力；

9.不具备防治电网污染的功能；

10.系统效率不高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种无线供配电插座系统，包括插座及插头。

所述插座包括第一整流电路、第一稳压电容、APFC电路、开关电路、一个LC谐振电路、开关控制电路；该LC谐振电路由第一电容、发射线圈组成；开关电路包括两个串联的开关管。

其中，第一整流电路的输入端连接到工频交流电源，两个输出端分别连接到第一稳压电容、APFC电路并联后的两个并联点；APFC的正极输出端、负极输出端分别连接到不同开关管，且与APFC正极输出端连接的开关管的源极连接到LC谐振电路正极输入端，与APFC负极输出端连接的开关管的源极连接到LC谐振电路负极输入端；两个开关管均连接到开关控制电路，由所述开关控制电路控制通断。

所述插头包括一个LC谐振电路、第二整流电路、第二稳压电容、DC-DC电路，该LC谐振电路由接收线圈、第二电容组成；其中，LC谐振电路两端连接整流电路输入端，整流电路的两个输出端连接到第二稳压电容与DC-DC电路所组成并联电路的两个并联点，负载电路连接到DC-DC输出端。

进一步的，系统的工作频率为发射线圈与接收线圈的谐振频率。

进一步的，所述开关电路的工作频率为发射线圈与接收线圈的谐振频率。

进一步的，所述开关控制电路为数字控制电路，所述开关控制电路根据谐振频率设置开关频率，控制一个周期内各个开关管的导通时间。

进一步的，所述开关控制电路由DSP芯片及其外围电路组成。

进一步的，开关电路包括第一GaN-FET、第二GaN-FET；第一GaN-FET漏极连接APFC电路输出正极端，源极连接第二GaN-FET的漏极及谐振电路正极输入端，第二GaN-FET源极连接APFC电路负极输出端及谐振电路负极输入端；第一GaN-FET的门极和第二GaN-FET的门极连接开关控制电路。

进一步的，第一GaN-FET、第二GaN-FET为常闭型GaN-FET。

进一步的，所述插座还包括一个用于封装电路的壳体，发射线圈设置于壳体内紧靠外侧的部分。

进一步的，所述插头包括壳体，接收线圈位于壳体一侧且紧靠壳体。

进一步的，所述插头的壳体外形与插座侧面吻合。

本发明的有益效果为：

1.将有源功率因素校正技术应用于无线充电技术中，能提高电力电子装置网侧功率因数,降低线路损耗,节约能源,减少电网谐波污染,提高电网供电质量。

2.采用直流共振。因为用电设备能利用的电能大部分都是直流电源，因此本发明的可用性较高，同时，直流流共振方式的系统构造非常简单，可在直流电压电源和开关电路上直接连接共振器件，利用直流电源可以大幅简化系统的电路结构、体积和重量，且可减少电力传输损失。另外，利用直流电力引发共振，无需进行阻抗匹配。换言之，即使是一个或多个任意负载，即便配置了多个共振线圈，也能准确地形成共振场。

附图说明

图1是插座与插头的电路示意图。

图2为本实施例开关电路示意图。

图3为插座外观侧视图。

图4为插座外观示意图。

具体实施方式

本发明所述系统包括插座、插头。下面结合图1分别进行介绍。

1.插座

包括第一整流电路、第一稳压电容、APFC电路（Active Power Factor Correction，有源功率因数校正），一个LC谐振电路、开关电路、开关控制电路。该LC谐振电路由第一电容、发射线圈组成；开关电路包括两个串联的开关管。

整个电路的构造为：第一整流电路的输入端连接到工频交流电源，两个输出端分别连接到第一稳压电容、APFC电路并联后的两个并联点；APFC的正极输出端、负极输出端分别连接到不同开关管，且与APFC正极输出端连接的开关管的源极连接到LC谐振电路正极输入端，与APFC负极输出端连接的开关管的源极连接到LC谐振电路负极输入端；两个开关管均连接到开关控制电路，由所述开关控制电路控制通断。所述发射线圈的等效内阻为R1（图中所述的R1就是内阻）。

APFC电路用于使整流电路的输入电流和输入电压为同频同相的正弦波,从而功率因数接近。能提高电力电子装置网侧功率因数,降低线路损耗,节约能源,减少电网谐波污染,提高电网供电质量。

开关管根据需要根据功率等级的不同以及开关频率的不同可以有不同的选择，本实施例优选使用两个常闭型GaN-FET，分别为第一常GaN-FET、第二常GaN-FET。如图2所示，其连接关系具体为：第一GAN-FET漏极连接APFC电路输出正极端，源极连接第二GaN-FET的漏极及谐振电路正极输入端，第二GaN-FET源极连接APFC电路负极输出端及谐振电路负极输入端；第一GaN-FET的门极和第二GaN-FET的门极连接开关控制电路。所选择GaN-FET的脉冲为100V/20A、导通电阻为0.21Ω的常闭型GaN-FET，上升下降时间均为6ns,有望实现高速开关动作。此半导体器件能在高频率高效输出高功率。

第一整流电路可采用现有技术中的整流电路。

开关控制电路可以为模拟电路或者数字电路。本实施例优选使用数字控制电路。所述开关控制电路根据谐振频率设置开关频率，控制一个周期内各个开关管的导通时间。数字控制电路可由DSP、单片机或者FPGA芯片实现。在开关控制电路的控制下，开关电路的工作频率为发射线圈与接收线圈的谐振频率。谐振频率，其中，L1、C1、L2、C2分别为发射线圈电感、第一电容、接收线圈电感、第二电容。

2.插头

包括一个LC谐振电路、第二整流电路、第二稳压电容、DC-DC电路，该LC谐振电路由接收线圈、第二电容组成；第二整流电路为高频整流电路；其中，LC谐振电路两端连接整流电路输入端，第二整流电路的两个输出端连接到第二稳压电容与DC-DC电路所组成并联电路的两个并联点，负载电路连接到DC-DC输出端。

插座部分的整流电路可以采用现有技术中成熟的整流电路，用于把交流电能转换为直流电能。

第二整流电路可以采用现有技术中的高频整流电路，用于把高频交流电能转换为直流电能。

DC-DC电路用于将第二整流电路输出的直流电流适配为负载所需直流电。

下面对上述电路的封装形式进行说明。

如图3所示为插头封装后的外观示意图。

插座部分包括一个壳体，里面封装有插座电路。壳体一侧设置有通孔，以使得整流电路能与交流电连接。

如图4所示，插头部分也包括一个壳体，插头电路封装于壳体内，接收线圈位于壳体一侧，且紧靠壳体。接收线圈所在侧不必紧靠插座的壳体。壳体一侧设置有通孔，以与负载连接。

插座的壳体和/或插头的壳体材料为防腐蚀绝缘材料。

本发明的工作原理为：

市电经APFC电路接入插座内，并经整流电路将工频50Hz的市电转换为直流电输出到发射线圈。接收线圈感应到发射线圈中的正弦电流产生的交变磁场后产生相同频率的交变电流，接收线圈与整流电路连接，再经DC-DC变换电路转换成合适的电压输送给用电设备。使用时，插座外壳与插头外壳不必紧密贴合，距离可调以获得最佳传输效率。