一种一对多中小功率无线充电电路

1.本发明涉及无线充电领域，具体为一种一对多中小功率无线充电电路。


背景技术：

2.无线电能传输技术（wireless power transfer technology，wptt），又称非接触电能传输，它是一种借助于物理空间的无形软介质（如电磁场、激光、微波，机械波等）将电能由供电端传递至用电负载的一种传输方式。无线电能传输技术（wptt）具有极高的发展前景，以其特有的灵活、便利的供电方式，使人们用电脱离电缆的约束成为可能。在具体实践过程中，无线电能传输技术能够极大地提高无人机等智能电子设备在充电领域的灵活、便捷、可靠性，将对现有充电模式产生变革性影响，与此同时wptt也能更好地提高能源的利用效率，避免了电线老化等安全隐患，为能源技术发展注入新动力。
3.经过多年发展，无线电能传输技术在家用电子设备、智能家居、医疗设备、工业机器人、物联网、水下探测设备、交通和航空航天八大领域快速应用，然而其中处于中小功率（几十至数百瓦）无线充电领域的研究较少，但也拥有着广泛的应用前景，就如在无人机得到广泛的应用情况下而产生的充电问题，无人机大多由电能驱动，所以其在无人机的无线充电领域中小功率范围应用方面将会有可观的前景。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种一对多中小功率无线充电电路，主要用于中小功率无线充电场合。
5.为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种一对多中小功率无线充电电路，包括直流输入端、控制端、发射端和若干接收端，所述发射端包括若干发射线圈，且发射线圈的数量与接收端的数量相同；所述直流输入端用于输入直流电；所述控制端包括uc2845芯片，用于将输入的直流电变为高频震荡电源；所述发射端用于将高频震荡电源发射至接收端；所述接收端用于接收发射端发射的高频震荡电源信号，并把它变为中小功率的直流电输出。
6.所述直流输入端为市电经过整流滤波后形成的直流电或蓄电池提供的直流电。
7.所述发射端包括依次串联在一起的线圈8、若干发射线圈、mos管q4和电流采样电阻r10，还包括并联在所有发射线圈两端的电容c9，所述mos管q4起到开关作用，电流采样电阻r10用于采样电流信号，并把它转变成电压信号输入控制端，线圈8与直流输入端相连。
8.所述发射线圈包括依次串联在一起的线圈2、线圈3和线圈4。
9.所述控制端还包括电阻r2、直流稳压电路、震荡网络、mos管驱动电路和滤波电路；所述电阻r2与直流输入端相连，限制启动电源，并为uc2845芯片的7脚vcc提供启动电压；所述直流稳压电路连接在uc2845芯片的7脚，用于在uc2845芯片启动后为其供电；所述uc2845芯片的8脚为5v基准电压输出端，用于为4脚提供震荡电压源；所述震荡网络由电阻r7、电容c19与uc2845芯片的4脚构成，使uc2845芯片能够产生pwm波；所述mos管驱动电路由uc2845
芯片的6脚与电阻r5、r9组成；所述滤波电路由uc2845芯片的3脚与电阻r6和电容c18组成，电流采样电阻r10采样的电压信号通过滤波电路输入uc2845芯片的3脚，用于监测电路中电流的状态，实现过流或短路保护。
10.所述直流稳压电路包括二极管d9、电容c10和线圈1，所述二极管d9和线圈1串联后并联在电容c10两端，所述电容c10一端接uc2845芯片7脚，另一端接地。
11.所述线圈1与任意一个发射线圈紧贴在一起。
12.所述uc2845芯片的2脚为电压反馈端，通过电阻r8接地；所述uc2845芯片的1脚是内部运算放大器的输出端，通过电容c16接地；所述uc2845芯片的5脚直接接地。
13.所述接收端包括接收线圈、电容、整流桥和cuk电路，所述接收线圈耦合任意一个发射线圈，接收线圈与电容形成谐振电路，谐振电路的谐振电压信号通过整流桥和电容进行整流滤波，变为直流电压，并与cuk电路相连，cuk电路将直流电压转变为稳定连续的直流输出电压。
14.所述cuk电路包括可控开关q1、电源ui、电感l1、l2、负载r1、电容c1、c2和二极管d3；当可控开关q1处于导通状态时，cuk电路分为两个回路：电源ui和电感l1经过可控开关q1构成回路；负载r1、电感l2和电容c1构成回路；当可控开关q1处于关断状态时，cuk电路分为两个回路：电源ui、电感l1、电容c1经过二极管d3构成回路；负载r1、电感l2经过二极管d3构成回路。
15.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的一对多中小功率无线充电电路，结构简单，无需复杂控制，只需简单的搭建就可完成，成本低廉，便于商业推广。本发明可以实现一对多无线充电，即一个充电装置可同时满足多台用电设备的无线充电，而且由于加入了谐振网络，使得电路的效率较高。本发明能有效补充小功率和大功率无线充电的空白，能在小功率和大功率之间的几十到数百瓦的中功率领域进行无线充电。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
17.在附图中：图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的整体电路图；图3是本发明的直流输入端电路图；图4是本发明的控制端、发射端电路图；图5是本发明的接收端电路图；图6是本发明的cuk电路图。
具体实施方式
18.下面参考附图对本发明作进一步详细说明。
19.参见图1-2，本发明提供的一对多中小功率无线充电电路，主要分为直流输入端、控制端、发射端、接收端这几部分。直流电通过控制端电路变为高频震荡电源，再通过发射
端线圈发射出去，接收端接收信号并把它变为中小功率（几十至数百瓦）的直流电输出。这样就实现了中小功率的一对多接收端充电。
20.如图3所示，本发明通过直流电源供电，直流输入端可以是市电经过整流滤波后形成的直流电，也可以是蓄电池提供的直流电。
21.如图4所示，发射端电路（主功率电路）由电阻r2、线圈2、3、4、8、电容c9、mos管q4和电流采样电阻r10组成。mos管q4的作用是开关作用，r10的作用是采样电流信号，并把它转变成电压信号，输入控制端，起到过流和短路保护的作用。值得注意的是，本实施例只是列出了3个发射线圈，在实际电路中可根据实际的电路所需功率进行增加或减少，实际工作时包含但不局限于3个发射端和接收端。
22.图4中除去发射端电路外的其余元器件则构成了控制端电路部分。整个控制端电路是以uc2845芯片为核心的。uc2845芯片是电流模式pwm控制器，多用于反激电源领域，是一款非常成熟且广泛使用的芯片，性能优异，价格低廉。电阻r2与主电路相连，限制启动电源，并为uc2845芯片的7脚vcc提供一个启动电压。当uc2845芯片启动后其供电电源则有由d9、c10和线圈1构成的直流稳压电路来提供。uc2845芯片的2脚为电压反馈端，本电路为开环控制，直接输出占空比为50%的pwm波，不需要此引脚，因此通过电阻r8接地。uc2845芯片的8脚为5v基准电压输出端，其作用是为4脚提供震荡电压源，r7、c19与4脚则构成了震荡网络，使uc2845芯片能够产生pwm波。uc2845芯片的1脚是内部运算放大器的输出端，这里直接通过电容c16接地。uc2845芯片的6脚是pwm输出脚，和r5、r9组成mos管驱动电路。uc2845芯片的3脚是电流监测脚，r10采样的电压通过r6和c18组成的滤波电路将采样信号输入3脚，以此来监测电路中电流的状态，当出现过流或者短路时进入间歇工作状态，实现过流或短路保护。实际工作中，线圈1要和线圈2、3、4中的任意一个线圈紧贴在一起，以此增大两者之间的耦合系数。
23.图5是接收端电路，接收端通过线圈5（接收线圈）接收能量，并与c2形成谐振电路，以此增加电路的效率。谐振电压信号与4个二极管d1、d2、d4、d5组成的整流桥相连，整流桥和电容c3将谐振电压信号进行整流滤波，将其变为直流电压并与后端的cuk电路相连，由于受到线圈间距、横向偏移等因素影响，接收端接收到的电压是不稳定的，导致整流桥的输出电压也不稳定，cuk电路的作用是将这个不稳定的直流电压转变为稳定连续的直流输出电压。同时可以设置3个接收端与分别与发射端的线圈2、3、4耦合，实现多接收端的一对多高效率的无线充电。
24.图6是cuk电路，cuk电路在本实施例中的工作原理如下：1、当可控开关q1处于导通状态时，cuk电路可以分为两个回路：电源ui和电感l1经过q1构成回路；负载r1、电感l2、电容c1构成回路，分别流过电流。
25.2、当可控开关q1处于关断状态时，cuk电路又可以分为两个回路：电源ui、电感l1、电容c1经过二极管d3构成回路；负载r1、电感l2经过二极管d3构成回路，分别流过电流。
26.本发明提供的一对多中小功率无线充电电路具有以下优点：1. 可以实现一对多无线充电，即一个充电装置可同时满足多台用电设备的无线充电，而且由于加入了谐振网络，使得电路的效率较高。
27.2. 成本低廉，便于商业推广。其构成器件均为普通常见元器件，以核心控制芯片uc2845为例，生产工艺成熟，价格低廉，可以有效降低生产成本。
28.3. 结构简单，无需复杂控制，只需简单的搭建就可完成。
29.4. 能有效补充小功率和大功率无线充电的空白，能在小功率和大功率之间的几十到数百瓦的中功率领域进行无线充电。
30.以上是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。