一种无线电能传输系统的制作方法

本发明涉及无线电能传输领域，特别是涉及一种无线电能传输系统。

背景技术：

目前，无线电能传输的电路拓扑设计一般将原边电路拓扑分为逆变器和谐振补偿两部分来设计。其中逆变器有半桥逆变、全桥逆变、d类运放、e类运放等几种；谐振补偿拓扑主要有串联谐振、并联谐振、lcc谐振、t-s谐振等。传统的原边电路器件构成较复杂、体积大、成本高，不利于系统的安装和系统。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种体积小、成本低的无线电能传输系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无线电能传输系统，所述系统包括顺序连接的直流电源、发射侧电路、接收侧电路以及负载；

所述发射侧电路包括稳压电容、谐振电路以及第一电感；所述稳压电容的第一连接端与所述直流电源的正极连接，所述稳压电容的第二连接端与所述直流电源的负极连接；所述谐振电路包括第一电容、第二电容、第一开关以及第二开关；所述第一电容的第一连接端与所述稳压电容的第一连接端、所述直流电源的正极以及所述第一开关的第一连接端连接，所述第二电容的第二连接端与所述稳压电容的第二连接端、所述直流电源的负极以及所述第二开关的第二连接端连接，所述第一开关的第二连接端与所述第一电感的第一连接端以及所述第二电容的第一连接端连接，所述第一电感的第二连接端与所述第二电容的第一连接端连接。

可选的，所述第一电容、所述第二电容以及所述第一电感在所述第一开关和所述第二开关的交替开关下发生lc谐振。

可选的，所述第一电容与所述第二电容的容值相等。

可选的，接收侧电路包括第二电感、补偿电容、全桥整流电路、滤波电感以及滤波电容；所述第二电感的第一连接端与所述补偿电容的第一连接端以及所述全桥整流电路的一端连接；所述第二电感的第二连接端与所述补偿电容的第二连接端以及所述全桥整流电路的另一端连接；所述滤波电感的第一连接端与所述全桥整流器连接，所述滤波电感的第二连接端与所述滤波电容的第一连接端以及所述负载连接，所述补偿电容的第二连接端与所述全桥整流器以及所述负载连接。

可选的，所述全桥整流器包括第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；所述第一二极管的输入端与所述补偿电容的第一连接端以及所述第三二极管的输出端连接，所述第一二极管的输出端与所述第二二极管的输出端以及所述滤波电感的第一连接端连接，所述第二二极管的输入端与所述补偿电容的第二连接端以及所述第四二极管的输出端连接，所述第三二极管的输入端与所述第四二极管的输入端以及所述滤波电容的第二连接端连接。

可选的，所述第一电感与所述第二电感通过耦合谐振进行能量传递。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明将逆变器与谐振补偿拓扑合为一个整体，将开关管放在谐振拓扑的内部，既使得电路的控制更为简单，还提高了系统的功率密度，减小了系统的整体体积，便于系统的安装和使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例无线电能传输系统的电路图；

图2为本发明实施例第一开关导通，第二开关关断时的系统等效电路图；

图3为本发明实施例第二开关导通，第一开关关断时的系统等效电路图；

图4为本发明实施例第一开关导通，第二开关关断时的发射侧等效电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例无线电能传输系统的电路图。如图1所示，一种无线电能传输系统，包括顺序连接的直流电源uin、发射侧电路、接收侧电路以及负载rl。

所述发射侧电路包括稳压电容c、谐振电路以及第一电感lp；所述稳压电容c的第一连接端与所述直流电源uin的正极连接，所述稳压电容c的第二连接端与所述直流电源uin的负极连接；所述谐振电路包括第一电容c1、第二电容c2、第一开关q1以及第二开关q2；所述第一电容c1的第一连接端与所述稳压电容c的第一连接端、所述直流电源uin的正极以及所述第一开关q1的第一连接端连接，所述第二电容c2的第二连接端与所述稳压电容c的第二连接端、所述直流电源uin的负极以及所述第二开关q2的第二连接端连接，所述第一开关q1的第二连接端与所述第一电感lp的第一连接端以及所述第二电容c2的第一连接端连接，所述第一电感lp的第二连接端与所述第二电容c2的第一连接端连接。所述第一电容c1、所述第二电容c2以及所述第一电感lp在所述第一开关q1和所述第二开q2关的交替开关下发生lc谐振。所述第一电容c1与所述第二电容c2的容值相等。

接收侧电路包括第二电感ls、补偿电容c3、全桥整流电路、滤波电感lf以及滤波电容cf；所述第二电感ls的第一连接端与所述补偿电容c3的第一连接端以及所述全桥整流电路的一端连接；所述第二电感ls的第二连接端与所述补偿电容c3的第二连接端以及所述全桥整流电路的另一端连接；所述滤波电感lf的第一连接端与所述全桥整流器连接，所述滤波电感lf的第二连接端与所述滤波电容cf的第一连接端以及所述负载rl连接，所述补偿电容c3的第二连接端与所述全桥整流器以及所述负rl连接。所述第一电感lp与所述第二电感ls通过耦合谐振进行能量传递。

所述全桥整流器包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3以及第四二极管d4；所述第一二极管d1的输入端与所述补偿电容c3的第一连接端以及所述第三二极管d的输出端连接，所述第一二极管d1的输出端与所述第二二极管d2的输出端以及所述滤波电感lf的第一连接端连接，所述第二二极管d2的输入端与所述补偿电容c3的第二连接端以及所述第四二极管d4的输出端连接，所述第三二极管d3的输入端与所述第四二极管d4的输入端以及所述滤波电容cf的第二连接端连接。

具体工作原理：本电路的发射侧上下开关管q1和q2交替开关，可以形成两个基本对称的电路状态。

当q1导通，q2关断时，系统等效电路如图2所示。此时c1与lp并联之后与c2串联谐振，两侧的电感lp和ls通过耦合谐振进行能量传递，ls得到的能量为交流，通过整流桥整理为直流。再由lc滤波器供负载使用。

当q2导通，q2关断时，系统等效电路如图3所示。此时c2、lp并联之后与c1谐振，两侧的电感lp和ls通过耦合谐振进行能量传递，ls得到的能量为交流，通过整流桥整理为直流。再由lc滤波器供负载使用。

本电路的发射侧上下开关管q1和q2交替开关，可以形成两个基本对称的电路状态。即当q1导通、q2关断的时候c1与lp并联之后与c2串联谐振；当q1关断、q2导通的时候c2与lp并联之后与c1串联谐振；以上两个状态时的电路状态相对称，电路的谐振频率相同。根据以上分析电路的谐振频率可以按其中的一个状态进行计算：当q1导通、q2关断时，发射侧电路等效电路图如图4所示。则此时发射侧电路的阻抗为

当c1＝c2时，

谐振时，z＝0，即：

2ω²lc-1＝0；

谐振频率为：

接收侧为并联谐振，其阻抗为：

谐振时，z最大，即：

ω²lc＝1；

谐振频率为：

其中，其中z为阻抗，ω为角频率，f为频率，c1、c2分别为两个电容的电容值，l为电感线圈的电感值，π为圆周率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明将逆变器与谐振补偿拓扑合为一个整体，将开关管放在谐振拓扑的内部，既使得电路的控制更为简单，还提高了系统的功率密度，减小了系统的整体体积，便于系统的安装和使用。将开关管放在谐振拓扑的内部，说明了从内部产生的扰动是能够使得电路产生谐振的。同时此思想的应用也并不仅限于电路。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。