谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线输电应用领域，涉及一种高频功率源的电路。
【背景技术】
[0002] 谐振耦合式无线电能传输技术要求发射线圈和接收线圈工作在高频状态，其频率 达到1兆赫兹以上，因此为发射线圈提供交流电的功率源也要工作在高频状态，并且要能 提供1兆赫兹以上的正弦交流电。现有的逆变电路如半桥逆变电路、全桥逆变电路，当它们 工作在如此高的频率时，其开关管的开关损耗和滤波电路的损耗将变得非常高。而且这些 电路使用的开关管和元器件较多，用作高频功率源时，电路较复杂、成本较高、损耗大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，简化电路结构，提供一种适用于谐 振耦合式无线电能传输装置的高频功率源。本发明既可以实现开关管的软开关，开关损耗 接近零，又可以为发射线圈提供高频正弦交流电。
[0004] 本发明通过如下技术方案实现：
[0005] 谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源，其包含MOSFET开关管、缓冲电容、 发射线圈、第一调谐电容、储能滤波电感、接收线圈和第二调谐电容；MOSFET开关管的漏极 与缓冲电容的一端连接，然后再与发射线圈的一端连接；MOSFET开关管的源极与缓冲电容 的另一端连接，然后再与第一调谐电容的一端连接；第一调谐电容的另一端与发射线圈的 另一端连接；MOSFET开关管的漏极与储能滤波电感的一端连接；储能滤波电感的另一端与 直流电压源的正极连接；MOSFET开关管的源极与直流电压源的负极连接；接收线圈的一端 与第二调谐电容的一端连接，接收线圈的另一端与负载的一端连接，第二调谐电容的另一 端与负载的另一端连接；高频功率源输出的能量通过发射线圈和接收线圈的谐振耦合传递 给负载。
[0006] 上述的谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源中，MOSFET开关管导通时，发 射线圈与第一调谐电容谐振;MOSFET开关管断开瞬间，缓冲电容缓冲MOSFET开关管的电压 上升，使MOSFET开关管实现近似零电压关断；在MOSFET开关管关断期间，发射线圈、第一调 谐电容与缓冲电容发生谐振，抽走缓冲电容的电荷，使缓冲电容在MOSFET开关管开通前下 降到零，从而使MOSFET开关管实现零电压开通。
[0007] 上述的谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源中，
[0008] 为了使发射线圈能够高效率地传递能量给接收线圈，并使MOSFET开关管实现零 电压开通，发射线圈和第一调谐电容谐振时的频率，发射线圈、第一调谐电容与缓冲电容 谐振时的频率f 2，接收线圈和第二调谐电容谐振时的频率f3, MOSFET开关管的开关频率fs 要柄足以下关系：f s〈f^。
[0009] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
[0010] 本发明电路结构简单，成本低。该高频功率源由直流电压源供电，通过开关管的导 通和关断将直流电压斩波成高频脉冲波，并在开关管的导通期间通过LC谐振，和在开关管 的关断期间通过LCC谐振将高频脉冲波滤波成高频正弦交流电，该正弦交流电通过发射线 圈和接收线圈的谐振耦合传递给负载，实现能量的无线传输。在开关管关断瞬间通过电容 的缓冲作用实现近似零电压关断，并在开关管关断期间通过LCC谐振抽走开关管并联电容 的电荷，使开关管在开通前被箝位在零电位，从而实现零电压开通，因此开关管可以实现软 开关，使开关损耗降至零，非常适合用作无线电能传输装置的发射线圈的交流激励源。
【附图说明】
[0011] 图1为谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源电路图。
[0012] 图2为本发明实施方式中的主要电流、电压波形图。
【具体实施方式】
[0013] 以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述，但本发明的实施和保护不限于 此。
[0014] 如图1所示电路是谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源电路图，该电路包 含MOSFET开关管Si、缓冲电容Q、发射线圈Ls、第一调谐电容C2、储能滤波电感Q、接收线 圈L D和第二调谐电容C3。其特征在于MOSFET开关管S i的漏极与缓冲电容C i的一端连接， 然后再与发射线圈Ls的一端连接。MOSFET开关管Si的源极与缓冲电容C :的另一端连接， 然后再与第一调谐电容C2的一端连接。第一调谐电容C2的另一端与发射线圈Ls的另一 端连接。MOSFET开关管Si的漏极与储能滤波电感L i的一端连接。储能滤波电感L i的另 一端与直流电压源Vs的正极连接。MOSFET开关管Si的源极与直流电压源Vs的负极连接。 接收线圈L D的一端与第二调谐电容C3的一端连接，接收线圈LD的另一端与负载L的一端 连接，第二调谐电容C3的另一端与负载&的另一端连接。高频功率源输出的能量通过发 射线圈Ls和接收线圈L D的谐振耦合传递给负载Rp
[0015] 如图2所示本发明电路工作时的主要电流、电压波形图，其中111)是冊5?￡1'开关管 Si的驱动电压，u cl是缓冲电容q的电压，i s是发射线圈Ls的电流，i D是第一调谐电容C2 的电压。当MOSFET开关管Si导通时，发射线圈Ls与第一调谐电容C2谐振；MOSFET开关管 3 1断开瞬间，缓冲电容C i缓冲MOSFET开关管S i的电压上升，使MOSFET开关管S :实现近似 零电压关断；在MOSFET开关管5:关断期间，发射线圈Ls、第一调谐电容C2与缓冲电容C 1 发生谐振，抽走缓冲电容q的电荷，使缓冲电容C :在MOSFET开关管S :开通前下降到零，从 而使MOSFET开关管5:实现零电压开通。为了使发射线圈能够高效率地传递能量给接收线 圈，并使MOSFET开关管5 :实现零电压开通，发射线圈Ls和第一调谐电容C2谐振时的频率 ，发射线圈Ls、第一调谐电容C2与缓冲电容Q谐振时的频率f 2，接收线圈LD和第二调谐 电容C3谐振时的频率f3，MOSFET开关管Si的开关频率f 3要满足以下关系：f i〈f3= fs〈f2， 而且f3越接近f i能量无线传输的效率越高。
[0016] 为保证缓冲电容(^在MOSFET开关管S :开通前下降到零，缓冲电容C i的电容值由 下式计算：
[0017]
【主权项】
1. 谐振禪合式无线电能传输装置的高频功率源，其特征在于包含MOSFET开关管（S 1)、 缓冲电容（Cl)、发射线圈（Ls)、第一调谐电容（C2)、储能滤波电感（Li)、接收线圈（Ld)和第 二调谐电容（C3) ; MOSFET开关管（Si)的漏极与缓冲电容（Cl)的一端连接，然后再与发射 线圈（Ls )的一端连接；M0S阳T开关管（Si)的源极与缓冲电容（Cl)的另一端连接，然后再与 第一调谐电容（C2)的一端连接；第一调谐电容（C2)的另一端与发射线圈（Ls)的另一端连 接；MOSFET开关管巧）的漏极与储能滤波电感（Li)的一端连接；储能滤波电感（Li)的另一 端与直流电压源（Vs)的正极连接；M0S阳T开关管（Si)的源极与直流电压源（Vs)的负极连 接；接收线圈（Ld)的一端与第二调谐电容（C3)的一端连接，接收线圈（Ld)的另一端与负载 (咕）的一端连接，第二调谐电容（C3)的另一端与负载（咕）的另一端连接；高频功率源输出 的能量通过发射线圈（Ls)和接收线圈（Ld)的谐振禪合传递给负载（咕)。
2. 如权利要求1所述的一种谐振禪合式无线电能传输装置的高频功率源，其特征在 于，M0S阳T开关管（Si)导通时，发射线圈（Ls)与第一调谐电容（C2)谐振；M0S阳T开关管 (Si)断开瞬间，缓冲电容（Cl)缓冲MOSFET开关管（Si)的电压上升，使MOSFET开关管（Si)实 现近似零电压关断；在M0S阳T开关管（Si)关断期间，发射线圈（Ls)、第一调谐电容（C2)与 缓冲电容（Cl)发生谐振，抽走缓冲电容（Cl)的电荷，使缓冲电容（Cl)在MOSFET开关管（Si) 开通前下降到零，从而使M0S阳T开关管（Si)实现零电压开通。
3. 如权利要求1所述的一种谐振禪合式无线电能传输装置的高频功率源，其特征在 于，发射线圈（Ls)和第一调谐电容（C2)谐振时的频率/i，发射线圈（Ls)、第一调谐电容 (C2)与缓冲电容（Cl)谐振时的频率与，接收线圈（Ld)和第二调谐电容（C3)谐振时的频率 马，M0S阳T开关管（Si)的开关频率/s满足W下关系：/1<马=《 < 与。
【专利摘要】本发明提供谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源。该高频功率源由开关管、缓冲电容、发射线圈、调谐电容和储能滤波电感组成，可以输出高频正弦交流电，并实现开关管的软开关，提高了高频功率源的效率。由于本发明的高频功率源结构简单，使用的元器件较少，成本低，而且损耗接近于零，非常适合用作无线电能传输装置的发射线圈的交流激励源。
【IPC分类】H02J17-00, H02M7-537
【公开号】CN104539185
【申请号】CN201510015042
【发明人】肖文勋, 张波, 刘红伟, 郭上华
【申请人】华南理工大学, 珠海许继电气有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月13日