一种低功率无线充电电路拓扑结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种无线充电技术，特别涉及一种低功率无线充电电路拓扑结 构。
【背景技术】
[0002] 无线充电技术的学名又叫做无线电能传输，其原理非常类似于变压器，都是通过 发射电路产生一个交变电流通过初级线圈，从而在初级线圈上产生一个交变电磁场，次级 线圈通过接收该交变电磁场从而产生感应电流，通过电磁感应实现能源的传输。
[0003] 但是相较于变压器通过磁芯来传导电磁能形成的高耦合度，无线充电的传导路径 为空气，这使得无线充电线圈之间的耦合度大大低于变压器，这也是直接导致无线充电传 输距离短以及效率低的最大瓶颈所在，而现阶段无线充电克服低耦合度主要办法就是在发 射线圈和接收线圈各串联一个一定容值的电容来改善无线传输的距离与效率。
[0004] 目前无线充电行业的主流标准是WPC联盟主导的QI标准。QI标准是全球首个无 线充电标准化组织，该标准也是所有标准中推广最为广泛，市场应用最多的标准，市场上绝 大部分的产品都是基于QI标准。如图1所示QI标准电路连接示意图，该标准的发射与接 收部分采用的是两个处于同一谐振频率的串联谐振电路，而负载电压主要是靠M0S管的压 降来调节。该技术的传输距离一旦超过5mm，传输效率将会极急剧下降；同时，在传输距离 5mm以内的范围，若传输的功率低于2W,传输的效率也同样会急剧下降。这两个主要的缺陷 限制了该技术主要只能应用于2W到5W之间，传输距离小于5mm的应用。
【发明内容】
[0005] 本实用新型是针对现在基于QI标准的无线充电电路存在的问题，提出了一种低 功率无线充电电路拓扑结构，能有效提高无线充电传输距离以及低功率下传输效率的电路 拓扑结构。若此拓扑结构应用在QI标准下，贝U在传输功率小于2W，传输距离5mm以内，系统 平均传输效率能保持在70 %以上；当传输距离为30mm的时候，系统传输效率为48 %，并随 着传输距离的变短而提高。此电路拓扑结构特别适用于一些需要一定传输距离且传输功率 不高的应用场合，例如可穿戴式设备。
[0006] 本实用新型的技术方案为：一种低功率无线充电电路拓扑结构，包括逆变电路、原 边谐振电路、副边谐振电路、整流电路、开关降压电路，逆变电路为由4个低导通阻抗的M0S 管组成的全桥逆变电路，将输入的直流电变为交流电输出，输出接由串联的电容Cp、无线发 射线圈Lp组成的原边谐振电路的两端，副边谐振电路为并联式谐振电路，由电容Cs、无线 接收线圈Ls并联组成，原边谐振电路与副边谐振电路通过高频磁场耦合，电能从原边谐振 电路的输出端传递到副边谐振电路，副边谐振电路输出交流电经过整流电路整流后输出直 流电，再经过开关降压电路调节为负载所需电压。
[0007]所述开关降压电路由两个低导通阻抗的M0S管、电感以及滤波电容组成，两个低 导通阻抗的M0S管串联，串联点与直流负极接串联的电感和滤波电容，滤波电容两端为输 出。
[0008] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型低功率无线充电电路拓扑结构，提高了 无线充电的功率传输距离和效率。
【附图说明】
[0009] 图1为QI标准电路连接示意图；
[0010] 图2为本实用新型低功率无线充电电路拓扑结构示意图；
[0011] 图3为一种应用本实用新型电路拓扑结构的无线充电电路系统示意图；
[0012] 图4为本实用新型在QI标准下本实用新型的实测效率曲线图。
【具体实施方式】
[0013] 如图2所示低功率无线充电电路拓扑结构示意图，包括逆变电路、原边谐振电路、 副边谐振电路、整流电路、开关降压电路；逆变电路为由4个低导通阻抗的M0S管组成的全 桥逆变电路，将输入的直流电变为交流电输出，输出接由串联的电容Cp、无线发射线圈Lp 组成的原边谐振电路的两端，副边谐振电路为并联式谐振电路，由电容Cs、无线接收线圈 Ls并联组成，原边谐振电路与副边谐振电路通过高频磁场耦合，电能从原边谐振电路的输 出端传递到副边谐振电路，副边谐振电路输出交流电经过整流电路整流后输出直流电，再 经过开关降压电路调节为负载所需电压。
[0014] 开关降压电路由两个低导通阻抗的M0S管、电感以及滤波电容组成，两个低导通 阻抗的M0S管串联，串联点与直流负极接串联的电感和滤波电容，滤波电容两端为输出。
[0015] 在分析低耦合线圈电能传输系统的时候，反射阻抗是一种很好的分析方法。如果 把整个无线传输系统从发射部分观察，则可以把整个接收端等效为一个串联于发射端的反 射阻抗；发射端在反射阻抗上消耗的功率则可以等效为接收端所接收到的功率；反射阻抗 的大小直接反映了接收端对于发射端的影响，反射阻抗越大，则接收端与发射端联系越为 紧密，从发射端传输能量到接收端的效率也就越高，整个系统的效率以及传输距离也就越 高，反之则否。
[0016] 在现有的技术中，副边谐振电路为串联谐振电路，其谐振状态下在发射端的反射 阻抗为W2M2/X，其中，W是谐振频率，Μ是互感，&是负载。随着传输距离的提高，Μ会越小， 则反射阻抗也就越小。这也就进一步解释了为何现有技术中无线充电传输距离只能在5mm 以下。
[0017] 从W2M2/X中还可以看出R屬小，则反射阻抗就越大。在一定的负载电压下，负载 电流越大，则&越小，而现阶段无线充电标准的最大输出为5V、1A，换算成负载为5欧姆，也 就是说现阶段负载最小值也就只有5欧姆，这也就进一步解释了为何现有技术中无线充电 在低功率下不能达到很高的效率。
[0018] 在本实用新型中，副边谐振电路为并联谐振电路，其谐振状态下在发射端的反射 阻抗为m2r7lS2，其中，Μ是互感，&是负载，L#副边线圈电感。从公式可以看出，Rji大， 则反射阻抗就越大。
[0019] 在本实用新型中，真正关键的技术点在于BUCK开关降压电路与副边并联谐振电 路的结合，因为BUCK开关降压电路具有放大负载的作用，根据公式Rin=D可以得出随 着D的提高，Rin也成比例的提高