一种无线充电系统的制作方法

本实用新型涉及无线充电领域，特别涉及一种无线充电系统。

背景技术：

目前人们采用传输电能最广泛的方式是有限电能传输，有限电能传输有着简单、经济、损耗低、传输距离远等优势。有线电能传输到目前为止技术已十分成熟，并且在世界范围内得到普遍应用，有着其他传输方式不可替代的作用。随着科技的不断发展和人类生活空间的不断压缩，传统的电能输送方式的缺点也逐渐暴露出来，有限电能传输已不能满足当今人们的生活需求，主要表现为以下几个方面：

1、随着用电设备的增加，错综复杂的电源线占据了人们相当一部分的时间和空间；

2、电源线绝缘皮的老化和损坏，插拔插头所产生的拉弧现象，连接部位接触不良所产生的局部过热现象，这些都给人们的生活带来了威胁；

3、随着便携式电子设备的增加，有线输电方式限制了人们的活动范围；在一些特定的环境下，如水下、矿洞、山区及跨越沟谷河流处，传统的输电方式往往不能满足供电需求；

4、有线电能传输方式易受环境影响，在恶劣环境中很难保证供电的可靠性；

5、随着电力线路的不断增加，老旧线路的维护也成为一个棘手的问题。

与传统的供电技术相比，无线供电技术有很强的便携性，更加灵活安全，目前无线供电技术现有的三种方式：

第一种是利用电磁感应进行能量传输。该方式主要用于变压器中，其原理是在线圈一端加交流电压而产生磁场，利用感应原理，另一线圈能感应到电压。该方式可以以较大的功率输出，以及减少材料的使用，更加环保。它的缺陷是传输距离小，并且两个线圈的位置是固定的，不能偏移。

第二种是利用微波或激光进行能量传输。该方式的原理是将能量转换为可以微波或激光的形式，通过天线进行传输。该方式具有传输距离很远的优点，但是效率低下，对天线的方向要求较高，而且遇到障碍物传输就会中断。

第三种是利用磁耦合谐振进行能量传输。磁耦合谐振可在多个方面进使用，其实质是利用电路产生一个频率使得线圈谐振，使用与频率相近的线圈产生耦合，从而进行能量的传输。该方式的特点方向性的要求不高，传输距离为10cm到5m，而且不受障碍物的影响，小功率的无线传能系统对人体几乎没有危害，更安全；缺点是成本高，对硬件的要求也高，受外界的干扰容易产生失谐，不易调试。负载变化时，传输效率可能也会变化，不能通用。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种无线充电系统，可保证充电时电能传输的效率，而且成本低，距离远。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种无线充电系统，包括发射端电路和多个接收端电路，所述发射端电路包括直流电源、用于对直流电源进行逆变处理产生高频交流电压的逆变模块、用于产生逆变驱动信号的信号发生模块、用于增强逆变驱动信号的驱动模块和初级线圈，所述接收端电路包括用于产生感应电动势的次级线圈、用于对感应电动势进行整流的整流模块和用于稳压的稳压模块，所述信号发生模块、驱动模块和逆变模块依次连接，所述逆变模块还连接所述直流电源和初级线圈，所述初级线圈和次级线圈耦合，所述次级线圈、整流模块和稳压模块依次连接。

所述的无线充电系统中，所述信号发生模块包括控制芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第一开关和第二开关，所述控制芯片的第1脚和第14脚均连接VCC供电端，所述控制芯片的第15脚通过第一电阻接地，所述控制芯片的第16脚通过第二电阻接地，所述控制芯片的第11脚和第12脚均连接第五电阻的一端和第六电阻的一端，所述控制芯片的第3脚通过第四电阻接地，所述控制芯片的第4脚通过第一电容接地，所述控制芯片的第5脚连接第三电阻的一端、第二电容的一端、第一开关的一端和第二开关的一端，所述第一开关的另一端连接第五电阻的调节端，所述第二开关的另一端连接第六电阻的调节端，所述第五电阻的另一端、第六电阻的另一端、第三电阻的另一端、第二电容的另一端、控制芯片的第2脚、第8脚和第9脚均接地，所述控制芯片的第10脚和第13脚连接驱动模块。

所述的无线充电系统中，所述驱动模块包括上桥驱动单元和下桥驱动单元，所述上桥驱动单元和下桥驱动单元均连接控制芯片的第10脚和第13脚、也连接所述逆变模块。

所述的无线充电系统中，所述上桥驱动单元包括第一驱动芯片、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第七电阻、第八电阻、第一MOS管和第二MOS管；

所述控制芯片的第13脚连接第一驱动芯片的HIN端，所述控制芯片的第10脚连接第一驱动芯片的LIN端，所述第一驱动芯片的VDD端通过第三电容接地，所述第一驱动芯片的HO端连接第八电阻的一端和第一二极管的负极，所述第八电阻的另一端和第一二极管的正极连接第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极连接供电端、第三二极管的负极和第六电容的一端，所述第一MOS管的源极连接逆变模块、第三二极管的正极和第六电容的另一端，所述第一驱动芯片的VB端连接第二二极管的负极、第四电容的一端和第五电容的一端，所述第二二极管的正极连接第一驱动芯片的VCC端，所述第一驱动芯片的VS端连接第四电容的另一端和第五电容的另一端，所述第一驱动芯片的LO端连接第八电阻的一端和第五二极管的负极，所述第八电阻的另一端和第五二极管的正极连接第二MOS管的栅极，所述第二MOS管的漏极连接逆变模块、第四二极管的负极和第七电容的一端，所述第二MOS管的源极连接第四二极管的正极、第七电容的另一端和接地端。

所述的无线充电系统中，所述下桥驱动单元包括第二驱动芯片、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第九电阻、第十电阻、第三MOS管和第四MOS管；

所述控制芯片的第13脚连接第二驱动芯片的HIN端，所述控制芯片的第10脚连接第二驱动芯片的LIN端，所述第二驱动芯片的VDD端通过第八电容接地，所述第二驱动芯片的HO端连接第十电阻的一端和第六二极管的负极，所述第十电阻的另一端和第六二极管的正极连接第三MOS管的栅极，所述第三MOS管的漏极连接供电端、第八二极管的负极和第十一电容的一端，所述第三MOS管的源极连接逆变模块、第八二极管的正极和第十一电容的另一端，所述第二驱动芯片的VB端连接第七二极管的负极、第九电容的一端和第十电容的一端，所述第七二极管的正极连接第二驱动芯片的VCC端，所述第二驱动芯片的VS端连接第九电容的另一端和第十电容的另一端，所述第二驱动芯片的LO端连接第十电阻的一端和第十二极管的负极，所述第十电阻的另一端和第十二极管的正极连接第四MOS管的栅极，所述第四MOS管的漏极连接逆变模块、第九二极管的负极和第十二电容的一端，所述第四MOS管的源极连接第九二极管的正极、第十二电容的另一端和接地端。

所述的无线充电系统中，所述逆变模块包括第一逆变单元、第二逆变单元和第十二电容，所述第一逆变单元和第二逆变单元并联，所述第一逆变单元连接所述初级线圈的一端、第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极，所述第二逆变单元连接所述第三MOS管的源极和第四MOS管的漏极、也通过第十二电容连接所述初级线圈的另一端。

所述的无线充电系统中，所述第一逆变单元包括第三开关、第四开关、第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管、第十四二极管、第十三电容、第十四电容、第十五电容和第十六电容，所述第三开关的控制端和第四开关的控制端均连接第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极，所述第三开关的一端连接第十一二极管的负极、第十三电容的一端、第十四电容的一端、第十四二极管的负极、第十六电容的一端和直流电源的正极，所述第三开关的另一端连接第十一二极管的正极、第十三电容的另一端、第十三二极管的负极、初级线圈的一端、第四开关的一端、第十二二极管的负极、第十四二极管的正极和第十五电容的一端，所述第十四电容的另一端连接第十三二极管的正极、第十六电容的另一端、第十五电容的另一端、第四开关的另一端、第十二二极管的正极和直流电源的负极。

所述的无线充电系统中，所述第二逆变单元包括第五开关、第六开关、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管、第十八二极管、第十七电容、第十八电容、第十九电容和第二十电容，所述第五开关的控制端和第六开关的控制端均连接第三MOS管的源极和第四MOS管的漏极，所述第五开关的一端连接第十五二极管的负极、第十七电容的一端、第十八电容的一端、第十八二极管的负极、第二十电容的一端和直流电源的正极，所述第五开关的另一端连接第十五二极管的正极、第十七电容的另一端、第十七二极管的负极、第六开关的一端、第十六二极管的负极、第十八二极管的正极和第十九电容的一端、也通过第十二电容连接初级线圈的另一端，所述第十八电容的另一端连接第十七二极管的正极、第二十电容的另一端、第十九电容的另一端、第六开关的另一端、第十六二极管的正极和直流电源的负极。

所述的无线充电系统中，所述控制芯片的型号为SG3525A。

所述的无线充电系统中，所述第一驱动芯片和第二驱动芯片的型号均为IR2110。

相较于现有技术，本实用新型提供的无线充电系统，包括发射端电路和多个接收端电路，所述发射端电路包括直流电源、逆变模块、信号发生模块、驱动模块和初级线圈，所述接收端电路包括用于次级线圈、整流模块和稳压模块，所述信号发生模块、驱动模块和逆变模块依次连接，所述逆变模块还连接所述直流电源和初级线圈，所述初级线圈和次级线圈耦合，所述次级线圈、整流模块和稳压模块依次连接。本实用新型通过设置采用全桥拓扑结构的逆变模块，可以很好的解决由于感性负载所带来的动力差的问题，而且利用信号发生模块产生两路逆变驱动信号，利用驱动模块增加驱动信号的强度，使得逆变模块可实时进行调整，工作效率更高，增加电能的利用效率，进一步增加电能传输的效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的无线充电系统的结构框图。

图2为本实用新型提供的无线充电系统中，所述信号发生模块的原理图。

图3为本实用新型提供的无线充电系统中，所述驱动模块的原理图。

图4为本实用新型提供的无线充电系统中，所述逆变模块的原理图。

具体实施方式

本实用新型提供一种无线充电系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供的无线充电系统，包括发射端电路1和多个接收端电路2，所述发射端电路1包括直流电源11、逆变模块12、信号发生模块13、驱动模块14和初级线圈15，所述接收端电路2包括次级线圈、整流模块22和稳压模块23，所述信号发生模块13、驱动模块14和逆变模块12依次连接，所述逆变模块12还连接所述直流电源11和初级线圈15，所述初级线圈15和次级线圈21耦合，所述次级线圈21、整流模块22和稳压模块23依次连接。本实用新型设置有多个接收端电路2，可实现多个接收端负载的无线充电，增加了无线充电系统的实用性。

具体来说，所述逆变模块22用于对直流电源进行逆变处理产生高频交流电压，所述逆变模块22采用全桥逆变电路，可以很好的解决由于感性负载所带来的动力差的问题；能够利用输出脉冲宽度的改变来控制输出量，增加电能的利用效率，进一步增加电能传输的效率；所述信号发生模块23用于产生逆变驱动信号，驱动逆变模块22工作，具体实施时，所述信号发生模块23可产生两路相位相反的驱动信号，使得逆变模块可实时进行调整，工作效率更高；所述驱动模块24用于增强逆变驱动信号，使得所述信号发生模块23产生的信号更加稳定，从而能够更好的驱动逆变模块的工作；所述逆变模块24产生的高频交流电压加到所述初级线圈11后，所述次级线圈21可以通过与初级线圈11耦合产生感应电动势，然后经过所述整流模块22对感应电动势进行整流处理后，输出至稳压模块23，由所述稳压模块23进行稳压处理后输出给负载充电，达到高效率充电的目的，而且采用耦合方式传输，传输距离远，无障碍限制，同时实现系统所需的元件较少，成本也较低。

请继续参阅图1和图2，所述信号发生模块13包括控制芯片U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第一开关S1和第二开关S2，所述控制芯片U1的第1脚和第14脚均连接VCC供电端，所述控制芯片U1的第15脚通过第一电阻R1接地，所述控制芯片U1的第16脚通过第二电阻R2接地，所述控制芯片U1的第11脚和第12脚均连接第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端，所述控制芯片U1的第3脚通过第四电阻R4接地，所述控制芯片U1的第4脚通过第一电容C1接地，所述控制芯片U1的第5脚连接第三电阻R3的一端、第二电容C2的一端、第一开关S1的一端和第二开关S2的一端，所述第一开关S1的另一端连接第五电阻R5的调节端，所述第二开关S2的另一端连接第六电阻R6的调节端，所述第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端、第三电阻R3的另一端、第二电容C2的另一端、控制芯片U1的第2脚、第8脚和第9脚均接地，所述控制芯片U1的第10脚和第13脚连接驱动模块14。

具体来说，所述第四电阻R4为压敏电阻，保护电路中的电子元件不会过压损坏，所述第五电阻R5和第六电阻R6为调节电阻，所述控制芯片U1用于产生驱动所述逆变模块12工作的逆变驱动信号，具体产生两路逆变驱动信号，所述逆变驱动信号的占空比可调，在具体实施时，所述控制芯片U1的型号为SG3525A，性能稳定，处理速度快，当然在其他的实施例中，所述控制芯片U1还可以采用其它可实现本实用新型功能的控制芯片，本实用新型对此不作限定。

请继续参阅图1和图3，所述驱动模块14包括上桥驱动单元141和下桥驱动单元142，所述上桥驱动单元141和下桥驱动单元142均连接控制芯片U1的第10脚和第13脚、也连接所述逆变模块12。

请继续参阅图1和图3，所述上桥驱动单元141包括第一驱动芯片U2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第七电阻R7、第八电阻R8、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；

所述控制芯片U1的第13脚连接第一驱动芯片U2的HIN端，所述控制芯片U1的第10脚连接第一驱动芯片U2的LIN端，所述第一驱动芯片U2的VDD端通过第三电容C3接地，所述第一驱动芯片U1的HO端连接第八电阻R8的一端和第一二极管D1的负极，所述第八电阻R8的另一端和第一二极管D1的正极连接第一MOS管Q1的栅极，所述第一MOS管Q1的漏极连接供电端、第三二极管D3的负极和第六电容C6的一端，所述第一MOS管Q1的源极连接逆变模块12、第三二极管D3的正极和第六电容C6的另一端，所述第一驱动芯片U2的VB端连接第二二极管D2的负极、第四电容C4的一端和第五电容C5的一端，所述第二二极管D2的正极连接第一驱动芯片U2的VCC端，所述第一驱动芯片U2的VS端连接第四电容C4的另一端和第五电容C5的另一端，所述第一驱动芯片U2的LO端连接第八电阻R8的一端和第五二极管D5的负极，所述第八电阻R8的另一端和第五二极管D5的正极连接第二MOS管Q2的栅极，所述第二MOS管Q2的漏极连接逆变模块12、第四二极管D4的负极和第七电容C7的一端，所述第二MOS管Q2的源极连接第四二极管D4的正极、第七电容C7的另一端和接地端。

具体来说，所述第一驱动芯片U2用于增强逆变驱动信号，上桥驱动单元141的由于上、下两个的功率晶体管没有供地，防止上、下两个MOS管同时导通，优选的，所述第一驱动芯片U2的型号为IR2110，性能稳定，处理速度快，当然在其他的实施例中，所述第一驱动芯片U2还可采用其它可实现本实用新型功能的芯片，本实用新型对此不作限定。

请继续参阅图1和图3，所述下桥驱动单元包括第二驱动芯片U3、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第九电阻R9、第十电阻R10、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4；

所述控制芯片U1的第13脚连接第二驱动芯片U3的HIN端，所述控制芯片U1的第10脚连接第二驱动芯片U3的LIN端，所述第二驱动芯片U3的VDD端通过第八电容C8接地，所述第二驱动芯片U3的HO端连接第十电阻R10的一端和第六二极管D6的负极，所述第十电阻R10的另一端和第六二极管D6的正极连接第三MOS管Q3的栅极，所述第三MOS管Q3的漏极连接供电端、第八二极管D8的负极和第十一电容C11的一端，所述第三MOS管Q3的源极连接逆变模块12、第八二极管D8的正极和第十一电容C11的另一端，所述第二驱动芯片U3的VB端连接第七二极管D7的负极、第九电容C9的一端和第十电容C10的一端，所述第七二极管D7的正极连接第二驱动芯片U3的VCC端，所述第二驱动芯片U3的VS端连接第九电容C9的另一端和第十电容C10的另一端，所述第二驱动芯片U3的LO端连接第十电阻R10的一端和第十二极管D10的负极，所述第十电阻R10的另一端和第十二极管D10的正极连接第四MOS管Q4的栅极，所述第四MOS管Q4的漏极连接逆变模块12、第九二极管D9的负极和第十二电容C12的一端，所述第四MOS管Q4的源极连接第九二极管D9的正极、第十二电容C12的另一端和接地端。

具体来说，所述第二驱动芯片U3用于增强逆变驱动信号，下桥驱动单元142的由于上、下两个的功率晶体管没有供地，防止上、下两个MOS管同时导通，优选的，所述第二驱动芯片U3的型号为IR2110，性能稳定，处理速度快，当然在其他的实施例中，所述第二驱动芯片U3还可采用其它可实现本实用新型功能的芯片，本实用新型对此不作限定。

请继续参阅图1和图4，所述逆变模块12包括第一逆变单元121、第二逆变单元122和第十二电容C12，所述第一逆变单元121和第二逆变单元122并联，所述第一逆变单元121连接所述初级线圈11的一端、第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的漏极，所述第二逆变单元122连接所述第三MOS管Q3的源极和第四MOS管Q4的漏极、也通过第十二电容C12连接所述初级线圈11的另一端。

具体来说，两个逆变单元可以分别进行不同的导通，从而增加电能的利用效率，使得电路工作在无功状态下的时间大大减少，从而进一步增加电能的传输效率。而且所述逆变模块12采用全桥逆变拓扑结构，很好的解决由于感性负载所带来的动力差的问题；能够利用输出脉冲宽度的改变来控制输出量。

请继续参阅图1和图4，所述第一逆变单元121包括第三开关S3、第四开关S4、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15和第十六电容C16，所述第三开关S3的控制端和第四开关S4的控制端均连接第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的漏极，所述第三开关S3的一端连接第十一二极管D11的负极、第十三电容C13的一端、第十四电容C14的一端、第十四二极管D14的负极、第十六电容C16的一端和直流电源11的正极，所述第三开关S3的另一端连接第十一二极管D11的正极、第十三电容C13的另一端、第十三二极管D13的负极、初级线圈15的一端、第四开关S4的一端、第十二二极管D12的负极、第十四二极管D14的正极和第十五电容C15的一端，所述第十四电容C14的另一端连接第十三二极管D13的正极、第十六电容C16的另一端、第十五电容C15的另一端、第四开关S4的另一端、第十二二极管D12的正极和直流电源11的负极。

进一步来说，请继续参阅图1和图4，所述第二逆变单元包括第五开关S5、第六开关S6、第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17、第十八二极管D18、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19和第二十电容C20，所述第五开关S5的控制端和第六开关S6的控制端均连接第三MOS管Q3的源极和第四MOS管Q4的漏极，所述第五开关S5的一端连接第十五二极管D15的负极、第十七电容C17的一端、第十八电容C18的一端、第十八二极管D18的负极、第二十电容C20的一端和直流电源11的正极，所述第五开关S5的另一端连接第十五二极管D15的正极、第十七电容C17的另一端、第十七二极管D17的负极、第六开关S6的一端、第十六二极管D16的负极、第十八二极管D18的正极和第十九电容C19的一端、也通过第十二电容连接初级线圈的另一端，所述第十八电容C18的另一端连接第十七二极管D17的正极、第二十电容C20的另一端、第十九电容C19的另一端、第六开关S6的另一端、第十六二极管D16D16的正极和直流电源11的负极。

进一步来说，所述整流模块22用于将次级线圈21的感应电动势转换为直流电，具体可采用全桥整流电路或倍压整流电路来进行整流，其具体电路结构为现有电路结构，本实用新型在此不对其进行详细描述。

进一步来说，所述稳压模块23可直接采用稳压芯片进行稳压处理，例如LM393系列的芯片，本实用新型对此不作限定。

综上所述，本实用新型提供的无线充电系统，包括发射端电路和多个接收端电路，所述发射端电路包括直流电源、逆变模块、信号发生模块、驱动模块和初级线圈，所述接收端电路包括用于次级线圈、整流模块和稳压模块，所述信号发生模块、驱动模块和逆变模块依次连接，所述逆变模块还连接所述直流电源和初级线圈，所述初级线圈和次级线圈耦合，所述次级线圈、整流模块和稳压模块依次连接。本实用新型通过设置采用全桥拓扑结构的逆变模块，可以很好的解决由于感性负载所带来的动力差的问题，而且利用信号发生模块产生两路逆变驱动信号，利用驱动模块增加驱动信号的强度，使得逆变模块可实时进行调整，工作效率更高，增加电能的利用效率，进一步增加电能传输的效率。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。