一种多频工作的无线电能传输发射端电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电器件领域，尤其涉及一种多频工作的无线电能传输发射端电路。
【背景技术】
[0002]近场磁親合式无线电能传输技术(Wireless Power Transfer，WPT)是一种新兴的电能传输技术，其利用耦合线圈间的电磁感应实现电能的无线传输。相比于传统的有线电能传输，无线电能传输技术具有安全、可靠、便捷、环境适应性强等优点。近场磁耦合式无线电能传输系统的结构如图1所示，其系统主要包含发射端的高频逆变器、耦合线圈及其补偿网络、接收端的整流调压电路等。
[0003]近年来，随着电力电子技术的发展，该技术受到了越来越多的研宄与应用。在现有的近场磁耦合式无线电能传输系统中，其发射端通常工作在一个频率附近。对于WPT系统，较低的工作频率有助于降低其发射端逆变器以及线路的损耗，但是其传输距离很短。另一方面，为了提高电能无线传输的距离，往往需要提高WPT系统的设计工作频率。根据法拉弟电磁感应定律，更高的工作频率有助于在耦合线圈互感较低的情况下提高感应电压。低频与高频的WPT系统具有其对应的应用场景。低频短距离的传输模式适合于如笔记本电脑等充电距离较近的应用，而高频中距离的传输模式则可用于智能手机等无线充电器与终端距离稍远的应用。
[0004]综上所述，在现有WPT系统中，其发射端工作在一个频率点附近，因此，仅能适配近距离或中距离的应用。从而使得不同类型的终端需要不同发射端进行适配，造成了适配器的重复浪费，不利于节能环保。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明公布了一种多频工作的无线电能传输发射端电路。本发明的发射线圈可同时或分时工作于多个频率点，所涉及的发射端电路可以同时适配不同工作频率的接收端电路，从而减少发射端的数量，避免无线充电发射端的重复浪费，还可以同时适配不同工作频率的接收端电路，从而减少发射端的数量，避免无线充电发射端的重复浪费。
[0006]为达到上述技术效果，本发明的技术方案是:
[0007]一种多频工作的无线电能传输发射端电路，包括I个发射线圈和不少于2个的接收线圈，所述发射线圈连接有多个发射电路；所述发射电路包括一个将直流电变为交流电的逆变器，逆变器连接有将交流电进行合成的发射端补偿电路，各发射端补偿电路并联后与接收线圈连接；各逆变器之间发出的交流电的频率各不相同，以适应不同的传输距离；逆变器发出的交流电依次通过发射端补偿电路和发射线圈被接收对应频率交流电的接收线圈接收，接收线圈将交流电传递给接收端补偿电路，接收端补偿电路连接有将交流电进行整流并将交流电变为直流电然后与对应负载连接的整流器。
[0008]进一步的改进，各逆变器传出的交流电频率至少相差5倍。
[0009]进一步的改进，所述逆变器的逆变拓扑为全桥逆变拓扑或半桥逆变拓扑或推挽逆变拓扑或E类逆变拓扑。
[0010]进一步的改进，所述接收端补偿电路为串联谐振补偿电路或非串联谐振补偿电路。
[0011]进一步的改进，所述发射端补偿电路包括电感器件与电容器件。
[0012]本发明的优点:
[0013]本发明的发射线圈可同时或分时工作于多个频率点。当耦合线圈的距离较近时，系统工作于低频近距离模式，从而适配接收端工作频率较低的终端。当耦合线圈的距离较远时，系统工作在高频中距离模式，从而适配接收端工作频率较高的终端。本发明所涉及的发射端电路可以同时适配不同工作频率的接收端电路，从而减少发射端的数量，避免无线充电发射端的重复浪费。
【附图说明】
[0014]图1现有的无线电能传输流程示意图；
[0015]图2实施例的无线电能传输流程示意图；
[0016]图3实施例发射电路仿真电路图；
[0017]图4实施例发射电路的电流电压仿真波形示意图；
[0018]图5实施例接收电路仿真电路图；
[0019]图6实施例发射线圈电流和接收线圈电流仿真波形示意图。
【具体实施方式】
[0020]实施例
[0021]如图2-6所示的一种多频工作的无线电能传输发射端电路，包括一个发射线圈11和两个接收线圈，两个接收线圈分别为接收线圈一 12和接收线圈二 13，发射线圈12连接有两个并联的发射电路，一个发射电路包括将直流电变为高频交流电的逆变器一 1，逆变器一 I连接有将高频交流电进行合成的发射端补偿电路一 2 ;另一个发射电路包括将直流电变为低频交流电的逆变器二 6，逆变器二 6连接有将低频交流电进行合成的发射端补偿电路二 7 ;发射端补偿电路一 2和发射端补偿电路二 7并联后与发射线圈11连接；接收线圈一 12接收到逆变器一 I发出的高频电流后，将高频电流传递给接收端补偿电路一 3，接收端补偿电路一 3连接有将高频交流电进行整流并将交流电变为直流电并与工作频率较高的负载一 5连接的整流器一 4 ;接收线圈二 13接收到逆变器二 6发出的低频电流后，将低频电流传递给接收端补偿电路二 8，接收端补偿电路二 8连接有将低频交流电进行整流并将低频交流电变为直流电并与工作频率较低的负载二 10连接的整流器二 9 ;逆变器一 I发出的高频交流电的频率是逆变器二 6发出的低频交流电的频率的5倍。所述接收端补偿电路一 3为串联谐振补偿电路。
[0022]如图2所示发射端补偿电路一 2与发射端补偿电路二 7共用一个发射线圈。逆变器的输出电压或电流经过相应的补偿电路后给发射线圈11馈电，接收线圈的感应电动势经过相应的接收端补偿电路后进行整流并给各自的负载进行直流供电。
[0023]两个逆变器分别输出高频与低频的交流电压(电流)，这两者的功率传输是相互独立的。发射端补偿电路将两者进行合成，接收端补偿电路将两者进行分离。整流器一 4与整流器二 9分别对不同频率的交流电进行整流，从而利用为各自的负载进行直流供电。由此可见，本发明所提出的方案与现有技术的明显区别在于，其WPT系统的发射电路工作于两个频率，传输功率的方式与现有的技术方案有明显区别。
[0024]如图3所示，是本实施例的发射电路仿真电路图。三相电经过桥式整流后输出稳定的直流电，逆变器一I与逆变器二6分别将其输入直流电转换为交流电。在实施例中，逆变器均为全桥逆变器。根据不同的系统，其逆变拓扑也可以为半桥、推挽、E类等等。发射端补偿电路一 2的电容一 14与电感一 15的谐振频率为逆变器一 I的输出频率，发射端补偿电路二 7的电容二 16与电感二 17的谐振频率为逆变器二 6的输出频率。通过谐振环节的滤波作用，逆变器的输出电流近似为正弦。逆变器一I与逆变器二 6的输出电流在发射线圈进行叠加。发射端补偿电路一 2还包含电容三18，发射端补偿电路二 7还包含电容四19，电容三18与电容四19用于调解逆变器一与逆变器二的负载阻抗。
[0025]图4为实施例中电流的仿真波形，从上至下分别为发射线圈11电流、逆变器一 I输出电流、逆变器二 6输出电流、逆变器一 I输出电压、逆变器二 6输出电压；如图6所不，至上而下分别为发射线圈11电流、接收线圈一 12的电流仿真波形。由实施例仿真波形可知，发射线圈11的电流波形与传统的WPT系统不同。其最大的区别在于，其交流电流包含两个频率的谐波。发射线圈11的高频与低频谐波分量均能传输电能。根据不同的工作模式，逆变器一I与逆变器二 6可以同时工作或者仅有一个进行工作。
[0026]如图5所示，实施例中接收电路使用串联谐振补偿，谐振频率为逆变器一 I的输出频率。根据不同的应用，其补偿电路也可以非串联谐振补偿。
[0027]如图6所示，至上而下分别为发射线圈I电流、接收线圈一 12电流。因此，接收线圈一 12仅接收由逆变器一 I输出的有功功率，而自动滤除低次谐波。同样的，接收线圈二I的谐振频率也为逆变器二 6的输出频率，从而仅接收逆变器二 6输出的有功功率。
[0028]从实施例中可明显推断出，发射电路和接收电路均可为多个。
[0029]本发明中逆变器的逆变拓扑可为为全桥逆变拓扑或半桥逆变拓扑或推挽逆变拓扑或E类逆变拓扑等各种结构，并不限于上述几种。
[0030]以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；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。
【主权项】
1.一种多频工作的无线电能传输发射端电路，其特征在于，包括I个发射线圈和不少于2个的接收线圈，所述发射线圈连接有多个发射电路；所述发射电路包括一个将直流电变为交流电的逆变器，逆变器连接有将交流电进行合成的发射端补偿电路，各发射端补偿电路并联后与接收线圈连接；各逆变器之间发出的交流电的频率各不相同，以适应不同的传输距离；逆变器发出的交流电依次通过发射端补偿电路和发射线圈被接收对应频率交流电的接收线圈接收，接收线圈将交流电传递给接收端补偿电路，接收端补偿电路连接有将交流电进行整流并将交流电变为直流电然后与对应负载连接的整流器。2.如权利要求1所述的多频工作的无线电能传输发射端电路，其特征在于，各逆变器传出的交流电的频率至少相差5倍。3.如权利要求1所述的多频工作的无线电能传输发射端电路，其特征在于，所述逆变器的逆变拓扑为全桥逆变拓扑或半桥逆变拓扑或推挽逆变拓扑或E类逆变拓扑。4.如权利要求1所述的多频工作的无线电能传输发射端电路，其特征在于，所述接收端补偿电路为串联谐振补偿电路或非串联谐振补偿电路。5.如权利要求1所述的多频工作的无线电能传输发射端电路，其特征在于，所述发射端补偿电路包括电感器件与电容器件。
【专利摘要】本发明公开了一种多频工作的无线电能传输发射端电路，包括1个发射线圈和不少于2个的接收线圈，所述发射线圈连接有多个发射电路；所述发射电路包括一个将直流电变为交流电的逆变器，逆变器连接有将交流电进行合成的发射端补偿电路，各逆变器之间发出的交流电的频率各不相同，以适应不同的传输距离。本发明的发射线圈可同时或分时工作于多个频率点；当耦合线圈距离较近时，系统工作于低频近距离模式，以适配接收端工作频率较低的终端；当耦合线圈距离较远时，系统工作在高频中距离模式，以适配接收端工作频率较高的终端；本发明的发射端电路可以同时适配不同工作频率的接收端电路，以减少发射端的数量，避免无线充电发射端的重复浪费。
【IPC分类】H02J17/00
【公开号】CN104967222
【申请号】CN201510278086
【发明人】林抒毅, 郑荣进, 蒋新华, 谢文明, 黄诗浩, 聂明星, 邵明
【申请人】福建工程学院
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月27日