Ac/ac注入型感应耦合式无线能量传输装置的制造方法_2

文档序号:9869347阅读:来源:国知局
优点和效果:
[0025] 本发明的一个效果在于,利用能量转移单元将双向反激储能单元和高频谐振发射 单元分隔,使两者在工作时互不干扰。
[0026] 本发明的一个效果在于,通过对系统发射端拓扑的结构设计与控制,实现系统的 脉冲式能量注入功能。
[0027] 本发明的一个效果在于,使系统W远低于谐振频率的开关频率向接收端传输能 量,避免由于开关管工作频率过高而产生的开关损耗,提高系统无线能量传输效率。
[0028] 本发明的一个效果在于,利用双向反激储能单元工作特性,使系统能够直接对交 流输入电压进行能量采集,实现交流到交流的发射端能量转移过程,优化系统体积与成本, 增加可靠性,具有应用价值。
[0029] 本发明的一个效果在于,通过双向反激储能单元,在控制输入能量的同时,还可W 直接实现功率因数校正功能,降低系统成本,提高系统效率。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明中AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置结构框图;
[0031] 图2是本发明中AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置拓扑图;
[0032] 图3是本发明中AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置功率因数校正的输入 电流电压波形图;
[0033] 图4是本发明中AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置的五个工作模态示意 图,(a)表示模态1和模态2,(b)表示模态3,(c)表示模态4,(d)表示模态5;
[0034] 图5是本发明中AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置五个工作模态对应的 理想电压电流波形图;
[0035] 附图中,各标号所代表的部件:1、双向反激储能单元2、能量转移单元3、高频谐振 发射单元4、接收端谐振单元5、交流电源6、开关管Si7、二极管化8、开关管S29、二极管化10、 变压器T11、原边线圈^12、原边线圈L213、副边线圈L314、二极管化15、开关管S316、发射线圈 Lt17、发射补偿电容打18、发射线圈电阻Rt19、接收线圈以20、接收补偿电容Cr21、整流模块 22、负载滤波电容Cl23、负载阻抗化。
【具体实施方式】
[0036] 实施例:
[0037] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,包括双向反激储能 单元1、能量转移单元2、高频谐振发射单元3、接收端谐振单元4;
[0038] 双向反激储能单元1包括双向开关支路、变压器T10,变压器TlO的原边线圈bll和 原边线圈L212分别与双向开关支路的两个支路串联;
[0039] 能量转移单元2位于双向反激储能单元1和高频谐振发射单元3之间;
[0040] 交流电源5向双向反激储能单元1提供注入能量,双向反激储能单元1与能量转移 单元2相连接,再与高频谐振发射单元3相连,高频谐振发射单元3通过发射线圈Lt16与接收 线圈kl9的禪合谐振向接收端谐振单元4传输能量,接收端谐振单元4接收能量并向负载阻 抗化23供电,AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置结构框图和具体电路拓扑分别如 图1、图2所示。
[0041 ] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,所述双向反激储能 单元1的双向开关支路由开关管Si6、二极管化7和开关管S28、二极管化9组成,所述变压器 TlO包括原边线圈bll和原边线圈L212、副边线圈L313、磁忍;开关管Si6连接在二极管Di7正 极和地之间,开关管扔8连接在二极管化9负极和地之间;变压器TlO原边线圈^11和原边线 圈L212串联,并分别连接在二极管Di7负极、二极管D29正极与交流电源5-端之间,交流电源 5另一端与地相连;变压器TlO原边线圈^11和原边线圈L212通过变压器磁忍与副边线圈 L313禪合传输能量。
[0042] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,所述双向反激储能 单元1,通过控制两个开关管Si6和开关管S28,使输入电流成正弦规律变化,并且与输入电压 同相位,输入电流的幅值由所需传输的能量大小决定,从而实现功率因数校正,并提高系统 效率,对应的输入电压电流波形如图3所示,可W看出输入电流与输入电压同相位,而且输 入电流平均值为正弦波。
[0043] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,所述能量转移单元 2包括二极管化14、开关管S315;二极管化14正极与变压器TlO副运线圈L313-端相连,二极 管化14负极与开关管S315功率端相连。
[0044] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,所述能量转移单元 2将双向反激储能单元1和高频谐振发射单元3分隔,使两者在工作时互不干扰;开关管S315 处于关断状态时,双向反激储能单元1和高频谐振发射单元3互相隔离,独立工作,双向反激 储能单元1从交流电源5收集能量并储存到变压器TlO的磁忍中,与此同时,高频谐振发射单 元3中的能量W自由振荡的形式向与之禪合的接收线圈kl9进行传递;开关管S315处于导通 状态时,双向反激储能单元1和高频谐振发射单元3形成连接,变换器T中能量通过S3注入到 高频谐振发射单元3中。
[0045] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,所述高频谐振发射 单元3包括发射线圈Lt16、发射补偿电容打17、发射线圈电阻Rt18;发射线圈Lt16与发射线圈 电阻RtIS串联,然后并联在发射补偿电容打17两端。
[0046] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,所述接收端谐振单 元4包括接收线圈kl9、接收补偿电容Cr20、整流模块21、负载滤波电容Cl22、负载阻抗化23; 接收线圈以19、接收补偿电容Cr20组成并联谐振网络,并与整流模块21和负载滤波电容Cl22 相并联,最后接入负载阻抗化23;发射线圈Lt16与接收线圈kl9的禪合系数为K。
[0047] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,当交流电源5输出 正电压时,开关管Si6保持关断,通过控制开关管扔8的开通或关断来实现能量输出;当交流 电源5输出负电压时,开关管&8保持关断,通过控制开关管Si6的开通或关断来实现能量输 出。
[0048] -种AC/AC注入型感应禪合式无线能量传输装置,其特征在于,根据系统中开关状 态的不同,电路工作过程具体包括五个模态,每个模态示意图如图4所示,对应的理想电压 电流波形如图5所示,实现步骤如下:
[0049] 步骤A:开关管&8开通,开关管S315关断,双向反激储能单元1从交流电源5收集能 量对原边电感L2充电,原边电感L2上电流变化可由公式(1)描述,与此同时,高频谐振发射单 元3中的能量W自由振荡的形式向与之禪合的接收线圈k 19进行传递,此为模态1;
[0051] 其中,Vin为暂态输入电压,由于双向反激储能单元1的开关频率远远大于交流电压 源50化的工作频率,因此在一个开关周期内可W视Vin保持不变;
[0052] 步骤B:双向反激储能单元1的控制器向开关管扔8发出关断信号,然而为了保证变 压器TlO中储存的能量可W完全转移到高频谐振发射单元3中,能量注入必须发生在高频谐 振发射单元3中的补偿电容Ct电压过零且电流方向为图4(b)所示的时刻后,因此该模态下 开关状态不会有变化,此为模态2;
[0053] 步骤C:当符合模态2中所述能量注入条件时,首先将S315开通,打开能量注入通 路,双向反激储能单元1和高频谐振发射单元3形成连接,变换器T中能量通过开关管S315注 入到高频谐振发射单元3中,此为模态3;
[0054] 步骤D:经过一个短暂延时确保开关管S315稳定导通后,将开关管&8关断,基于磁 势平衡原理,原边线圈L212中储存的能量向副边线圈L313转移,忽略漏感,可W得到两者电 流之间的关系如公式(2)所示;能量转移完成后,副边线圈L313、发射线圈Lt16、发射补偿电 容Ct构17成谐振网络,并且副边线圈L313在半个谐振周期内完成放电,此为模态4;
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