一种高输出功率的无线电能输出装置的制作方法

本发明涉及一种利用松耦合变压器进行无线电能传输的装置。

背景技术：

无线电能传输技术(wpt)与传统的接触式充电相比较具有的方便灵活、环境适应性强、安全可靠等优点使得其吸引着国内外越来越多的专家学者对此进行研究。电磁共振式wpt系统的关键为其非接触变压器，由于非接触变压器本身的松耦合结构带来了耦合系数较低且随着距离的延长而迅速下降的特点，导致电能传输质量随着距离的增加而急剧下降的恶果。当传输距离确定时，如何提高传输功率是电磁共振式wpt技术发展的瓶颈。

当wpt系统的元件参数、工作频率、输入电压和传输距离确定时，输出功率受变压器原边的等效损耗电阻影响较大，该电阻的存在降低了wpt的输出功率。在不改变变压器设计的前提下，如能采取其他措施减小该电阻，则可有效提高系统输出功率。

图6所示是一种现有电能传输装置的电路图，其中，原边谐振网络采用单电容c1，副边谐振网络采用单电容c2，其中，负载电阻rl上的输出功率是r1为变压器原边电阻，r2为变压器副边电阻，m为变压器原副边互感，ui为输入电压，ω为输入电压角频率。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种高输出功率的无线电能输出装置，其可提高无线电能传输装置输出功率，使得原有的无线电能传输装置在原有的驱动电压输入下能够使负载电阻获得更多的输出功率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种高输出功率的无线电能输出装置，包括松耦合变压器、原边谐振网络、负载电阻、副边谐振网络和驱动电源，其中，原边谐振网络的输入端连接驱动电源，松耦合变压器的原边与原边谐振网络的输出端连接，松耦合变压器的副边与副边谐振网络的输入端连接，副边谐振网络的输出端连接负载电阻；还包括有串联在原边谐振网络与松耦合变压器的原边之间的负电阻。

上述负电阻包括运算放大器、第一反馈电阻器、第二反馈电阻器和输入电阻器，其中，运算放大器的正输入端作为负电阻的输入端；第一反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与正输入端之间，第二反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与负输入端之间，输入电阻器的一端连接运算放大器的负输入端，另一端接地，且运算放大器的输出端作为负电阻的输出端。

上述负电阻包括运算放大器、第一反馈电阻器、第二反馈电阻器和输入电阻器，其中，运算放大器的负输入端作为负电阻的输入端，第一反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与负输入端之间，第二反馈电阻器连接在运算放大器的输出端与正输入端之间，输入电阻器的一端连接运算放大器的正输入端，另一端接地，且运算放大器的输出端作为负电阻的输出端。

上述原边谐振网络采用电感或电容。

上述原边谐振网络包括电感和电容，电感的两端分别作为原边谐振网络的第一输入端和第一输出端，电容的一端连接原边谐振网络的第一输出端，电容的另一端作为原边谐振网络的第二输入端和第二输出端。

上述副边谐振网络采用电感或电容。

上述副边谐振网络包括电感和电容，电感的两端分别作为副边谐振网络的第一输入端和第一输出端，电容的一端连接副边谐振网络的第一输出端，电容的另一端作为副边谐振网络的第二输入端和第二输出端。

采用上述方案后，本发明通过在松耦合变压器的原边绕组串联负电阻，该负电阻部分地抵消了原边绕组的电阻，在同样的驱动电源作用下，松耦合变压器原边流入更大的电流，松耦合变压器副边感应出更高电压，从而使负载电阻获得更高的输出功率。

附图说明

图1是本发明的电路图；

图2是本发明中负电阻的一种实现电路图；

图3是本发明中负电阻的另一种实现电路图；

图4是仅采用电容的谐振网络电路图；

图5是采用lc连接的谐振网络电路图；

图6是现有电能输出装置的一种具体电路图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种高输出功率的无线电能输出装置，包括松耦合变压器t、原边谐振网络n1、负载电阻rl、副边谐振网络n2和驱动电源，其中，原边谐振网络n1的输入端连接驱动电源，松耦合变压器t的原边与原边谐振网络n1的输出端连接，松耦合变压器t的副边与副边谐振网络n2的输入端连接，副边谐振网络n2的输出端连接负载电阻rl；此为现有电路结构，不再赘述。

本发明的改进点在于：还包括有负电阻rn，负电阻rn包含有运算放大器和电阻，串联在原边谐振网络n1与松耦合变压器t的原边之间，负电阻rn的阻值可以根据具体情况进行配置，用以减小松耦合变压器t原边的等效电阻值。

如图2所示，是本发明中负电阻的一种具体电路形式，包括运算放大器、第一反馈电阻器r1、第二反馈电阻器r2和输入电阻器r3，其中，运算放大器具有正输入端、负输入端和输出端，运算放大器的正输入端作为负电阻的输入端，用以连接原边谐振网络n1；第一反馈电阻器r1连接在运算放大器的输出端与正输入端之间，第二反馈电阻器r2连接在运算放大器的输出端与负输入端之间，输入电阻器r3的一端连接运算放大器的负输入端，另一端接地，且运算放大器的输出端作为负电阻的输出端，用以连接松耦合变压器t的原边。根据电学原理，图2所示负电阻的等效阻值是

如图3所示，是本发明中负电阻的另一种具体电路形式，包括运算放大器、第一反馈电阻器r1、第二反馈电阻器r2和输入电阻器r3，其中，运算放大器具有正输入端、负输入端和输出端，运算放大器的负输入端作为负电阻的输入端，用以连接原边谐振网络n1；第一反馈电阻器r1连接在运算放大器的输出端与负输入端之间，第二反馈电阻器r2连接在运算放大器的输出端与正输入端之间，输入电阻器r3的一端连接运算放大器的正输入端，另一端接地，且运算放大器的输出端作为负电阻的输出端，用以连接松耦合变压器t的原边。根据电学原理，图3所示负电阻的等效阻值是

所述原边谐振网络n1或副边谐振网络n2的结构可以相同或不同，可以仅采用电感，可以仅采用电容(如图4所示)，也可以如图5所示，采用电感和电容的组合连接，其中，电感的两端分别作为谐振网络的第一输入端和第一输出端，电容的一端连接谐振网络的第一输出端，电容的另一端作为谐振网络的第二输入端和第二输出端。所述原边谐振网络n1用以进行松耦合变压器t的原边无功补偿，副边谐振网络n2用以进行松耦合变压器t的副边无功补偿。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。