一种无线电力传输装置的制作方法

本发明涉及电力输电技术领域，具体涉及一种无线电力传输装置。

背景技术：

随着移动设备、无线数据传输、无线网络技术的日益普及，人们希望能摆脱传统电力传输方式的束缚，解除纷乱电源线带来的困扰。由此，无线电力传输技术成为最值得期待的技术，无线电力传输(wirelesspowertransmission，wpt)也称无线电能输或无线功率传输，它通过电磁感应和能量转换来实现无线充电产品成为人们关注的新焦点。目前，全球许多国家都在研究开发无线电力传输技术，探索无线电力传输系统在不同领域的应用，致力于将其实用化。20世纪20年代中期,日本的h.yagi和s.uda发明了可用于无线电能传输的定向天线,又称为八木-宇田天线。20世纪60年代初期雷声公司(raytheon)的布朗(w.c.brown)做了大量的无线电能传输研究工作,从而奠定了无线电能传输的实验基础,使这一概念变成了现实。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线,将频率2.45ghz的微波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用gaas-pt肖特基势垒二极管,用铝条构造半波电偶极子和传输线,输入微波的功率为8w,获得了90.6%的微波———直流电整流效率。后来改用印刷薄膜,在频率2.45ghz时效率达到85%。自从brown实验获得成功以后,人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975年,在美国宇航局的支持下,开始了无线电能传输地面实验的5a计划。喷气发动机实验室和lewis科研中心曾将30kw的微波无线输送1.6km,微波———直流的转换效率达83%。在20世纪90年代，新西兰奥克兰大学johnboys教授对电磁耦合感应无线电能传输系统进行了大量理论、建模、控制方面的研究，开启了无线电能传输技术研究的热潮。在中国，无线电能传输技术研究起步较晚，香港城市科技大学、重庆大学、东南大学、哈尔滨工业大学、天津工业大学、中国矿业大学、华南理工大学、南京航空航天大学均对此有一定的研究，但目前技术成熟度和传输效率普遍偏低。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，公开了一种无线电力传输装置，所述装置由原边电路和副边电路组成，有效地解决了电力输电领域存在的连接复杂、安全性连接性差的问题，实现了非接触式输电，解决了传统输电存在的安全隐患，无线电力传输是能源传输的一个重大进步，具有显著的社会效益和经济效益。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案:一种无线电力传输装置，所述装置由原边电路和副边电路组成；所述原边电路由集成电路ic12113、ic22113、ic7805、ic7812、stm32模块、nmosfet管q1、q2、q3、q4、电感器l31、二极管d11、d12、d13、d21、d22、d23、电阻器r11、r12、r21、r22、电容器c11、c12、c13、c14、c15、c21、c22、c23、c24、c25、c31、c32、c33、c34、c35、c36组成；所述副边电路由l41、d41、d42、d43、d44、dc/dc模块、c41、c42组成。

所述原边电路中，所述nmosfet管q1、q2、q3、q4、二极管d31、d32、d33、d34组成全桥电路，其中二极管d31、d32、d33、d34的作用是对nmosfet管的反向保护和续流；所述集成电路ic12113和ic22113是14脚nmos驱动集成电路，作用是驱动nmos全桥电路，其中，引脚1是低端输出lo、引脚2是公共端com、引脚3是低端固定电源电压输入vcc、引脚4引脚8引脚14是空端、引脚5是高端浮置电源偏移电压vs、引脚6是高端浮置电源电压输入vb、引脚7是高端输出ho、引脚9是数字电源电压输入、引脚10是逻辑高端输入hin、引脚11关断控制sd、引脚12是逻辑低端输入lin、引脚13是数字地电位端vss。

所述l31的作用是电磁波谐振发射天线，c32的作用是原边补偿，所述l41的作用是电磁波谐振接收天线，c41的作用是副边补偿，通过l31、c32、l41、c41、c33、c34、c35、c36的谐振消除原边侧和副边侧的无功功率，提高电力传输效率。

所述原边电路中，nmosfet管q1、q2、q3、q4组成驱动电磁波谐振发射天线l31的全桥电路，其中电源dc正极与q1的d脚连接、q1的s脚与q3的d脚连接、q3的s脚接地，电源dc正极与q2的d脚连接、q2的s脚与q4的d脚连接、q4的s脚接地；所述d31、d32、d33、d34分别与电容c33、c34、c35、c36并联连接后，d31、d32、d33、d34的负极和正极分别与q1、q2、q3、q4的g脚和s脚并联连接；所述l31与c32并联后一端接q1的s脚、另一端接q2的s脚；

d12、r11并联，d12负极接ic12113的引脚7，正极接nmosfet管q1的g脚；

d13、r12并联，d13负极接ic12113的引脚1，正极接nmosfet管q3的g脚；

d22、r21并联，d22负极接ic22113的引脚7，正极接nmosfet管q2的g脚；

d23、r22并联，d23负极接ic22113的引脚1，正极接nmosfet管q4的g脚；

ic12113的引脚2接地；ic12113的引脚3接ic7812的引脚out，作用是连接稳压后的12v电源；引脚5接q1的s脚；

d11是自举二极管正极接12v电源负极接ic12113的引脚6；c11是自举电容与ic12113的引脚5、引脚6并联；

d21是自举二极管正极接12v电源负极接ic22113的引脚6；c21是自举电容与ic22113的引脚5、引脚6并联；

所述ic7812的引脚in接电源dc，c31是电源dc的去耦滤波电容，引脚out接ic7805的引脚in；c15、c25接ic7812的引脚out是12v电源的去耦滤波电容；ic7812的引脚gnd和ic7805的引脚gnd接地；c11、c12、c21、c22是ic7805的out端去耦滤波电容；

所述d11是自举二极管正极接12v电源负极接ic12113的引脚6；c11是自举电容与ic12113的引脚5、引脚6并联；

d21是自举二极管正极接12v电源负极接ic22113的引脚6；c21是自举电容与ic22113的引脚5、引脚6并联；

所述ic22113的引脚9接ic7805的引脚out，作用是连接稳压后的5v电源；引脚10接stm32模块的pwm1端口，作用是pwm1信号的输入，引脚11接地，引脚12接stm32模块的pwm2端口，作用是pwm2信号的输入；

所述ic12113的引脚9接ic7805的引脚out，作用是连接稳压后的5v电源；引脚10接stm32模块的pwm2端口，作用是pwm2信号的输入，引脚11接地，引脚12接stm32模块的pwm1端口，作用是pwm1信号的输入。

所述副边电路中的d41、d42、d43、d44组成的全桥整流电路；l41与c41并联后与全桥整流电路的输入端连接；全桥整流电路的输出端与c42并联，并与dc/dc模块in端连接；dc/dc模块out端用于连接用电负载或储能电池组。

本发明的有益效果，提供一种无线电力传输装置有效地解决了电力输电领域存在的连接复杂、安全性连接性差的问题，实现了非接触式输电，解决了传统输电存在的安全隐患，无线电力传输是能源传输的一个重大进步，具有显著的社会效益和经济效益。同时该发明具有良好的研究和应用发展前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1一种无线电力传输装置结构图。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施方式并结合附图加以说明。

如图1所示，本发明中，一种无线电力传输装置，所述装置由原边电路和副边电路组成；所述原边电路由集成电路ic12113、ic22113、ic7805、ic7812、stm32模块、nmosfet管q1、q2、q3、q4、电感器l31、二极管d11、d12、d13、d21、d22、d23、电阻器r11、r12、r21、r22、电容器c11、c12、c13、c14、c15、c21、c22、c23、c24、c25、c31、c32、c33、c34、c35、c36组成；所述副边电路由l41、d41、d42、d43、d44、dc/dc模块、c41、c42组成。

所述原边电路中，所述nmosfet管q1、q2、q3、q4、二极管d31、d32、d33、d34组成全桥电路，其中二极管d31、d32、d33、d34的作用是对nmosfet管的反向保护和续流；所述集成电路ic12113和ic22113是14脚nmos驱动集成电路，作用是驱动nmos全桥电路，其中，引脚1是低端输出lo、引脚2是公共端com、引脚3是低端固定电源电压输入vcc、引脚4引脚8引脚14是空端、引脚5是高端浮置电源偏移电压vs、引脚6是高端浮置电源电压输入vb、引脚7是高端输出ho、引脚9是数字电源电压输入、引脚10是逻辑高端输入hin、引脚11关断控制sd、引脚12是逻辑低端输入lin、引脚13是数字地电位端vss。

所述l31的作用是电磁波谐振发射天线，c32的作用是原边补偿，所述l41的作用是电磁波谐振接收天线，c41的作用是副边补偿，通过l31、c32、l41、c41、c33、c34、c35、c36的谐振消除原边侧和副边侧的无功功率，提高电力传输效率。

所述原边电路中，nmosfet管q1、q2、q3、q4组成驱动电磁波谐振发射天线l31的全桥电路，其中电源dc正极与q1的d脚连接、q1的s脚与q3的d脚连接、q3的s脚接地，电源dc正极与q2的d脚连接、q2的s脚与q4的d脚连接、q4的s脚接地；所述d31、d32、d33、d34分别与电容c33、c34、c35、c36并联连接后，d31、d32、d33、d34的负极和正极分别与q1、q2、q3、q4的g脚和s脚并联连接；所述l31与c32并联后一端接q1的s脚、另一端接q2的s脚；

d12、r11并联，d12负极接ic12113的引脚7，正极接nmosfet管q1的g脚；

d13、r12并联，d13负极接ic12113的引脚1，正极接nmosfet管q3的g脚；

d22、r21并联，d22负极接ic22113的引脚7，正极接nmosfet管q2的g脚；

d23、r22并联，d23负极接ic22113的引脚1，正极接nmosfet管q4的g脚；

ic12113的引脚2接地；ic12113的引脚3接ic7812的引脚out，作用是连接稳压后的12v电源；引脚5接q1的s脚；

d11是自举二极管正极接12v电源负极接ic12113的引脚6；c11是自举电容与ic12113的引脚5、引脚6并联；

d21是自举二极管正极接12v电源负极接ic22113的引脚6；c21是自举电容与ic22113的引脚5、引脚6并联；

所述ic7812的引脚in接电源dc，c31是电源dc的去耦滤波电容，引脚out接ic7805的引脚in；c15、c25接ic7812的引脚out是12v电源的去耦滤波电容；ic7812的引脚gnd和ic7805的引脚gnd接地；c11、c12、c21、c22是ic7805的out端去耦滤波电容；

所述d11是自举二极管正极接12v电源负极接ic12113的引脚6；c11是自举电容与ic12113的引脚5、引脚6并联；

d21是自举二极管正极接12v电源负极接ic22113的引脚6；c21是自举电容与ic22113的引脚5、引脚6并联；

所述ic22113的引脚9接ic7805的引脚out，作用是连接稳压后的5v电源；引脚10接stm32模块的pwm1端口，作用是pwm1信号的输入，引脚11接地，引脚12接stm32模块的pwm2端口，作用是pwm2信号的输入；

所述ic12113的引脚9接ic7805的引脚out，作用是连接稳压后的5v电源；引脚10接stm32模块的pwm2端口，作用是pwm2信号的输入，引脚11接地，引脚12接stm32模块的pwm1端口，作用是pwm1信号的输入。

所述副边电路中的d41、d42、d43、d44组成的全桥整流电路；l41与c41并联后与全桥整流电路的输入端连接；全桥整流电路的输出端与c42并联，并与dc/dc模块in端连接；dc/dc模块out端用于连接用电负载或储能电池组。

具体实施例

工作时，原边电路中电源dc是电力源作用是向原边电路提供电能电力供给，所述的ic7812对电源dc进行稳压处理后，从引脚out输出+12v稳定电压用于所连接的电路，ic7805对+12v电压进行稳压处理后从引脚输出+5v稳定电压用于所连接的电路。所述stm32模块控制nmos驱动电路和全桥电路实现pwm电流源控制。所述stm32模块产生占空比为50%的pwm控制信号，产生的pwm控制信号分别从pwm1端口和pwm2端口注入到nmos驱动集成电路ic12113和ic22113，用于产生驱动信号，并使全桥电路的上、下桥的nmosfet管不同时导通，q1、q4导通的时候，q2、q3关闭；q2、q3导通的时候，q1、q4关闭，同时nmosfet管的导通条件是vgs>3v，当vg>3v时nmosfet管不一定能导通，nmos驱动集成电路的作用就是使vgs>3v，nmos驱动集成电路输出的驱动信号经由d12、r11、d13、r12、d22、r21、d23、r22组成的连接电路驱动所述全桥电路，实现对电磁波谐振发射天线l31的能量供给。

电路中，电阻r11、r12、r21、r22是栅极电阻，作用是调节nmosfet管的开关速度,减少栅极出现的振铃现象，减小emi，也可以对栅极电容充放电起限流作用。该电阻的引入减慢nmosfet管开关速度的同时能减少emi，使栅极稳定。由于nmosfet管的关断时间要比开启时间慢，为提高nmosfet管的关断速度，在栅极电阻r11、r12、r21、r22上分别并联了二极管d12、d13、d22、d23，其作用是当nmosfet管关断时,二极管导通，将栅极电阻短路从而减少放电时间，使nmosfet管实现快速放电，确保全桥中上下桥臂nmosfet管不会同时导通。

副边电路中电磁波谐振接收天线l41接收空间电磁波，向由d41、d42、d43、d44组成的全桥整流电路输出能量，经整流滤波后输出到dc/dc模块in端连接；dc/dc模块out端用于连接用电负载或储能电池组。原边电路和副边电路通过l31、c32、l41、c41、c33、c34、c35、c36的谐振消除原边侧和副边侧的无功功率，提高电力传输效率。

试验表明：本发明解决了电力输电领域存在的连接复杂、安全性连接性差的问题，实现了非接触式输电，解决了传统输电存在的安全隐患，无线电力传输是能源传输的一个重大进步，具有显著的社会效益和经济效益。同时该发明具有良好的研究和应用发展前景。