新型无线充电系统的制作方法

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及新型无线充电系统。

背景技术：

目前的无线充电系统中发射端多采用发射线圈和谐振电容串联，接收端接收线圈和谐振电容串联，且收发线圈都是平面结构。系统通过调节输入电压幅值或者脉冲宽度来调节输出功率且整个系统没有反馈回路处于开环状态。这种系统结构及工作在开环状态导致输出效率较低，突然卸载时，输出电压易发生过冲烧毁器件，同时增加了发射端谐振电容的耐压性，且由于存在磁芯导致系统体积加大，可靠性降低。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供新型无线充电系统，输出效率高、成本低、可靠性高。

一种新型无线充电系统，包括发射端和接收端，

所述发射端包括emc滤波模块、功率变换模块、功率变换控制模块、发射线圈以及发射谐振电容；所述emc滤波模块的输入端接市电，输出端接功率变换模块输入端；所述功率变换模块输出端与所述发射谐振电容并联，所述发射线圈与发射谐振电容并联；所述发射端用于通过功率变换模块将市电转换为特定频率的方波后，通过所述发射线圈转换成电磁波信号发出；所述功率变换控制模块用于接收来自接收端的调节信号，并根据调节信号调节功率变换模块的四路驱动脉冲的移相角，从而调节功率变换模块输出端的电压和电流；

所述接收端包括接收线圈、接收谐振电容、整流模块及整流控制模块；所述接收线圈通过串联所述接收谐振电容接整流模块的输入端，整流模块的输出端接负载；所述接收端用于通过接收线圈接收电磁波信号后，通过整流模块整流输出；所述整流控制模块用于采样整流模块的输出信号，并根据输出信号生成调节信号，发送给发射端。

进一步地，所述发射线圈为沿着圆柱形母线绕制形成的圆柱形螺旋结构；所述接收线圈为在一平面上绕制形成平面螺旋结构。

进一步地，所述接收线圈整体为椭圆形。

进一步地，所述emc滤波模块包括防雷电路、第一滤波电路、第二滤波电路及整流桥d5；

所述发射端通过两相三线插头接入市电，两相插头的输出端通过端子j1、端子j2、端子j3接防雷电路；所述防雷电路包括压敏电阻mov1、压敏电阻mov2、压敏电阻mov3、保险丝f1和气体放电管g1；其中压敏电阻mov1和压敏电阻mov2串联后与压敏电阻mov3并联，压敏电阻mov1和压敏电阻mov2的公共连接点通过串联保险丝f1接端子j2，压敏电阻mov2的另一端接端子j1，压敏电阻mov1的另一端通过气体放电管g1接端子j3，气体放电管g1和端子j3之间的连接点接地；

所述第一滤波电路包括安规电容cx1、安规电容cy1、安规电容cy2和共模电感l1；其中，安规电容cy1和安规电容cy2串联后与安规电容cx1并联；安规电容cx1与压敏电阻mov2并联，安规电容cx1与共模电感l1一端并联；安规电容cy1和安规电容cy2的公共连接点接地；

所述第二滤波电路包括安规电容cx2、安规电容cy3、安规电容cy4和共模电感l2；其中，安规电容cy3和安规电容cy4串联后与安规电容cx2并联，安规电容cx2与共模电感l1另一端并联；安规电容cy3、安规电容cy4的公共连接点接地；安规电容cx2与共模电感l2一端并联；共模电感l2另一端分别接整流桥d5的一输入端，以及通过依次串联保险丝f2和瞬态二极管th1接整流桥d5的另一输入端；

所述整流桥d5的输出端为所述emc滤波模块的输出端。

进一步地，所述功率变换模块包括pfc升压电路和移相全桥电路；所述pfc升压电路的输入端接emc滤波模块输出端；所述移相全桥电路的输入端接功率变换控制模块，移相全桥电路的输出端与所述发射谐振电容并联。

进一步地，所述pfc升压电路包括并联的第一升压支路和第二升压支路；

第一升压支路包括驱动芯片u1、场效应管q3、电感l3、升压二极管d8和电流互感器t1a；驱动芯片u1的输入端接所述功率变换控制模块，电感l3一端接所述emc滤波模块的输出端，另一端接升压二极管d8正极和电流互感器t1a的同名端，电流互感器t1a的异名端接场效应管q3的漏极；

第二升压支路包括驱动芯片u2、场效应管q4、电感l4、升压二极管d10和电流互感器t2a；驱动芯片u2的输入端接所述功率变换控制模块，电感l4一端接所述emc滤波模块的输出端，另一端接升压二极管d10正极和电流互感器t2a的同名端，电流互感器t2a的异名端接场效应管q4的漏极。

进一步地，所述移相全桥电路包括第一4路移相全桥驱动芯片u3、第二4路移相全桥驱动芯片、场效应管q11、场效应管q12、场效应管q13和场效应管q14；

第一4路移相全桥驱动芯片u3的输入端所述与功率变换控制模块电连接，第一4路移相全桥驱动芯片u3的两输出端分别通过图腾柱电路接场效应管q11的栅极和场效应管q12的栅极；

第二4路移相全桥驱动芯片u4的输入端所述与功率变换控制模块电连接，第二4路移相全桥驱动芯片u4的两输出端分别通过图腾柱电路接场效应管q13的栅极和场效应管q14的栅极；

场效应管q11与场效应管q12串联形成第一支路，场效应管q13与场效应管q14串联形成第二支路，第一支路和第二支路并联形成桥式电路；电阻r48、电阻r49、电容c20依次串联，并与所述桥式电路的中心输出点并联；桥式电路中心输出点的一端通过电感l6接共模电感t3的一输入端，桥式电路中心输出点的另一端接共模电感t3的另一输入端；共模电感t3的输出端即为移相全桥的输出端。

进一步地，所述发射线圈和发射谐振电容的并联固有谐振频率等于移相全桥控制模块的驱动频率。

进一步地，所述接收线圈和接收谐振电容的串联固有频率等于移相全桥控制模块的驱动频率。

进一步地，所述整流模块包括端子j1、端子j2、端子j6、端子j10、整流二极管d1、整流二极管d4、整流二极管d8、整流二极管d10、电容c2、电容c3、继电器relay1、继电器relay2、电阻r10、电阻r11、电阻r12和电阻r13；

其中，端子j2接整流二极管d4的阳极和整流二极管d8的阴极；端子j1接整流二极管d1的阳极和整流二极管d10的阴极；整流二极管d1和整流二极管d4的阴极通过继电器relay1接端子j6；整流二极管d8和整流二极管d10的阳极通过电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13接端子j10；电容c2、电容c3接在整流二极管d4阴极和整流二极管d8阳极之间；

端子j1和端子j2为整流模块的输入端；端子j6和端子j10为整流模块的输出端。

由上述技术方案可知，本发明提供的新型无线充电系统，发射端并联输出，不易发生电压过冲。收发两端谐振电容耐压较低，而且收发线圈不加磁芯，减小了系统体积和重量，增加了系统可靠性，降低成本。同时，收发两端空气间隙容限较高，并且有效充电时发射线圈与接收线圈可不用严格中心对齐，提高无线充电输出效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例一中新型无线充电系统的模块框图。

图2为实施例一中发射线圈和发射谐振电容的结构示意图。

图3为实施例一中接收线圈和接收谐振电容的结构示意图。

图4为实施例二中emc滤波模块电路图。

图5为实施例二中pfc升压模块电路图。

图6为实施例二中移相全桥模块电路图。

图7为实施例三中整流模块电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一：

一种新型无线充电系统，如图1-3所示，包括发射端和接收端，

所述发射端包括emc滤波模块、功率变换模块、功率变换控制模块、发射线圈以及发射谐振电容；所述emc滤波模块的输入端接市电，输出端接功率变换模块输入端；所述功率变换模块输出端与所述发射谐振电容并联，所述发射线圈与发射谐振电容并联；所述发射端用于通过功率变换模块将市电转换为特定频率的方波后，通过所述发射线圈转换成电磁波信号发出；所述功率变换控制模块用于接收来自接收端的调节信号，并根据调节信号调节功率变换模块的四路驱动脉冲的移相角，从而调节功率变换模块输出端的电压和电流；

所述接收端包括接收线圈、接收谐振电容、整流模块及整流控制模块；所述接收线圈通过串联所述接收谐振电容接整流模块的输入端，整流模块的输出端接负载；所述接收端用于通过接收线圈接收电磁波信号后，通过整流模块整流输出；所述整流控制模块用于采样整流模块的输出信号，并根据输出信号生成调节信号，发送给发射端，从而使本系统发射端和接收端形成一个闭环反馈系统。

所述发射线圈和发射谐振电容的并联固有谐振频率等于移相全桥控制模块的驱动频率。所述接收线圈和接收谐振电容的串联固有频率等于移相全桥控制模块的驱动频率。该无线充电系统电磁波额定频率为20khz，频率低，开关管的开关损耗小，提高系统效率，辐射小，减小了emc滤波电路体积，降低了系统成本。

如果发射端的发射谐振电容串联，则属于电压谐振，使得输出电压不易调节、不易稳压，容易发生输出过压烧毁器件。而本发明发射端的发射谐振电容并联，属于电流谐振，通过发射端和接收端的无线通信模块形成闭环反馈，使得系统输出更加容易调节，输出电压调节范围大，输出电流调节范围大，不易发生电压过冲的情况。

该无线充电系统，收发两端谐振电容耐压较低，而且收发线圈不加磁芯，减小了系统体积和重量，增加了系统可靠性，降低成本，提高无线充电输出效率。同时，收发两端空气间隙容限较高，并且有效充电时发射线圈与接收线圈可不用严格中心对齐，更符合当前无线充电环境。

所述发射线圈为沿着圆柱形母线绕制形成的圆柱形螺旋结构；所述接收线圈为在一平面上绕制形成平面螺旋结构。该发射线圈输出电流大，不需要额外增加磁芯来提高输出电流，降低成本，同时也避免了磁芯易碎的功能。所述接收线圈整体为椭圆形。

实施例二：

如图4-6所示，实施例二在实施例一的基础上，增加了发送端的电路。为了节约版面，图4-6中有些地方仅画了一个电容或一个电阻，但是标号标出了多个电容或电阻，其表示的是多个电容并联，或者是多个电阻并联。例如图7中，电阻r10、电阻r11、电阻r12和电阻r13并联。电容c1、电容c7、电容c9、电容c10、电容c36和电容c37并联。

所述功率变换控制模块包括pfc控制模块和移相全桥控制模块；所述pfc控制模块用于控制pfc升压电路；所述移相全桥控制模块用于控制移相全桥电路。

所述emc滤波模块包括防雷电路、第一滤波电路、第二滤波电路及整流桥d5；

所述发射端通过两相三线插头接入市电，两相插头的输出端通过端子j1、端子j2、端子j3接防雷电路；所述防雷电路包括压敏电阻mov1、压敏电阻mov2、压敏电阻mov3、保险丝f1和气体放电管g1；其中压敏电阻mov1和压敏电阻mov2串联后与压敏电阻mov3并联，压敏电阻mov1和压敏电阻mov2的公共连接点通过串联保险丝f1接端子j2，压敏电阻mov2的另一端接端子j1，压敏电阻mov1的另一端通过气体放电管g1接端子j3，气体放电管g1和端子j3之间的连接点接地；

所述第一滤波电路包括安规电容cx1、安规电容cy1、安规电容cy2和共模电感l1；其中，安规电容cy1和安规电容cy2串联后与安规电容cx1并联；安规电容cx1与压敏电阻mov2并联，安规电容cx1与共模电感l1一端并联；安规电容cy1和安规电容cy2的公共连接点接地；

所述第二滤波电路包括安规电容cx2、安规电容cy3、安规电容cy4和共模电感l2；其中，安规电容cy3和安规电容cy4串联后与安规电容cx2并联，安规电容cx2与共模电感l1另一端并联；安规电容cy3、安规电容cy4的公共连接点接地；安规电容cx2与共模电感l2一端并联；共模电感l2另一端分别接整流桥d5的一输入端，以及通过依次串联保险丝f2和瞬态二极管th1接整流桥d5的另一输入端；

所述整流桥d5的输出端为所述emc滤波模块的输出端。

具体地，该emc滤波模块专门用于过滤额定频率为20khz的电磁波，体积小，便携。

所述功率变换模块包括pfc升压电路和移相全桥电路；所述pfc升压电路的输入端接emc滤波模块输出端；所述移相全桥电路的输入端接功率变换控制模块，移相全桥电路的输出端与所述发射谐振电容并联。

所述pfc升压电路包括并联的第一升压支路和第二升压支路；

第一升压支路包括驱动芯片u1、场效应管q3、电感l3、升压二极管d8和电流互感器t1a；驱动芯片u1的输入端接所述功率变换控制模块，电感l3一端接所述emc滤波模块的输出端，另一端接升压二极管d8正极和电流互感器t1a的同名端，电流互感器t1a的异名端接场效应管q3的漏极；

第二升压支路包括驱动芯片u2、场效应管q4、电感l4、升压二极管d10和电流互感器t2a；驱动芯片u2的输入端接所述功率变换控制模块，电感l4一端接所述emc滤波模块的输出端，另一端接升压二极管d10正极和电流互感器t2a的同名端，电流互感器t2a的异名端接场效应管q4的漏极。

具体地，第一升压支路中，pfc升压电路的输出端还可以接储能滤波电容器c12、c13、c14和c35。驱动芯片u1的输入端通过分压限流电阻r17、r18接入所述pfc控制模块的驱动输出端，电流互感器t1a经过c10、r29及d3的整流接入所述pfc控制模块的检流端。

同理，第二升压支路中，驱动芯片u2的输入端通过分压限流电阻r38、r39接入所述pfc控制模块的另一驱动输出端，电流互感器t2a经过c15、r32及d6的整流接入所述pfc控制模块的另一检流端。

所述移相全桥电路包括第一4路移相全桥驱动芯片u3、第二4路移相全桥驱动芯片、场效应管q11、场效应管q12、场效应管q13和场效应管q14；

第一4路移相全桥驱动芯片u3的输入端所述与功率变换控制模块电连接，第一4路移相全桥驱动芯片u3的两输出端分别通过图腾柱电路接场效应管q11的栅极和场效应管q12的栅极；

第二4路移相全桥驱动芯片u4的输入端所述与功率变换控制模块电连接，第二4路移相全桥驱动芯片u4的两输出端分别通过图腾柱电路接场效应管q13的栅极和场效应管q14的栅极；

场效应管q11与场效应管q12串联形成第一支路，场效应管q13与场效应管q14串联形成第二支路，第一支路和第二支路并联形成桥式电路；电阻r48、电阻r49、电容c20依次串联，并与所述桥式电路的中心输出点并联；桥式电路中心输出点的一端通过电感l6接共模电感t3的一输入端，桥式电路中心输出点的另一端接共模电感t3的另一输入端；共模电感t3的输出端即为移相全桥的输出端。

具体地，电阻r48、电阻r49、电容c20共同构成了rc吸收电路。场效应管q8、场效应管q9、电阻r67、电阻r69、电阻r65、电阻r66和场效应管q7、场效应管q10、电阻r68、电阻r70、电阻r63、电阻r61分别构成图腾柱电路。第二4路移相全桥驱动芯片u4的输入端通过限流下拉电阻r83、r85、r88、r89接到移相全桥控制模块的驱动输出端。

所述移相全桥电路采用移动桥式电路的前臂和后臂的相位角度来调节输出电压可以实现mos管的软开关，减少开关损耗，提升系统效率。电流互感器检测发射端输出电流用来进行电路的输出过流保护、短路保护。通过分压电阻r40、r41、r42、r43、r44对pfc输出电压分压后进行采样，用来检测pfc输出过欠压。

具体实施时，由发射端软件控制两对pwm驱动互补输出，通过系统反馈来调节两对pwm的相位角实现系统的稳定输出和mos的软开关。电流互感器感应电压信号输入到移相全桥控制模块的采样引脚，通过采样电流大小判断发射端输出电流大小。pfc分压后的信号输入到移相全桥控制模块的采样引用，通过采样电压大小判断pfc输出过欠压。

实施例三：

如图7所示，实施例三在其他实施例的基础上，增加了接收端的电路。

所述整流模块包括端子j1、端子j2、端子j6、端子j10、整流二极管d1、整流二极管d4、整流二极管d8、整流二极管d10、电容c2、电容c3、继电器relay1、继电器relay2、电阻r10、电阻r11、电阻r12和电阻r13；

其中，端子j2接整流二极管d4的阳极和整流二极管d8的阴极；端子j1接整流二极管d1的阳极和整流二极管d10的阴极；整流二极管d1和整流二极管d4的阴极通过继电器relay1接端子j6；整流二极管d8和整流二极管d10的阳极通过电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13接端子j10；电容c2、电容c3接在整流二极管d4阴极和整流二极管d8阳极之间；

端子j1和端子j2为整流模块的输入端；端子j6和端子j10为整流模块的输出端。

所述整流控制模块包括控制芯片u6，无线通信模块mod1，can电平转换芯片u10，运算放大器u2、u13，电源芯片u14、u15及其周围电阻、电容和二极管。所述移相全桥控制模块包括控制芯片u1、无线通信模块mod1、运算放大器u2、稳压芯片u3及其周围电阻、电容和二极管

具体实施时，由接收端软件控制对输出电压、电流进行采样，将采样值滤波放大处理后，通过无线通信模块发送给发射端。由发射端软件控制通过无线通信模块接收接收端发送过来的电压、电流信号进行pid运算并转换成对应移相全桥的驱动移相角，从而形成闭环回路，实现系统的稳定输出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。