一种无线供电奶泡机的电路结构及奶泡机的制作方法

本实用新型涉及家电设备，具体涉及一种无线供电奶泡机的电路结构及奶泡机。

背景技术：

传统的奶泡机电路结构如图1所示，虚线框1为整流滤波电路，接于变压器输出端，通过整流滤波电路将交流电转化为平稳的直流电；右侧的稳压电路，起到减少电网电压波动或负载发生改变所带来的影响，向负载提供稳定的电压的作用；虚线框6为加热电路，接入220v/50hz的交流电，通过单片机heat引脚控制继电器k1开启或关闭加热电路。

由于传统的奶泡机由于有电源线的存在，会存在如下的几个问题：1)难以整理：当用电设备较多时，多个设备的电源线、数据线等相互缠绕，难以整理；2)安全性差：因电源线外露，长时间使用后，容易出现线材磨损、导线裸露的情况，给用户带来安全隐患。

专利号为cn102715842a的专利文献中公开了一种用无线供电的奶泡机，包括容器、无线供电发射装置、无线供电接收装置、壳体、驱动装置及搅拌装置，无线供电发射装置设置在容器外，无线供电接收装置设置在壳体内，无线供电发射装置和无线供电接收装置对驱动装置进行供电。该无线供电奶泡机虽然实现了无线供电装置与驱动装置相互分离，无裸露触点，能提高一定的安全性。但是无线供电发射装置安装于奶泡机机身内部，这意味着奶泡机机身外部依然需要外露线材对无线供电发射装置进行供电，并没有从根本上解决多设备电源线、数据线等相互缠绕、难以整理、线材磨损和导线裸露等问题，其本质上还是一个“有线供电奶泡机”。

技术实现要素：

为了解决现有奶泡机大多还是采用有线供电的技术问题，本实用新型实施例提供了一种无线供电奶泡机的电路结构。

另外，为了摆脱传统的奶泡机由于有电源线的存在而导致的电源线难以整理、安全性差的技术问题，本实用新型实施例还提供了一种无线供电奶泡机。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种无线供电奶泡机的电路结构，包括：

无线电传输电路，其包括发射线圈和接收线圈；所述发射线圈用于接收交流电，以将交流电转换为电磁信号；所述接收线圈用于接收发射线圈所传输来的电磁信号，并将电磁信号转换为交流电输出；

第二整流滤波电路，其输入端和接收线圈的两端相连接，用于将交流电转换为直流电输出；

buck型开关稳压电路，其输入端和第二整流滤波电路的输出端相连接，buck型开关稳压电路的输出端连接有稳压电路。

进一步地，所述无线供电奶泡机的电路结构还包括：

第一整流滤波电路，其输入端用于和交流电源相连接，用于将交流电转换为直流电输出；

逆变电路，其输入端和第一整流滤波电路的输出端相连接，用于将第一整流滤波电路输出的直流电转换为所需频率的交流电。

进一步地，所述逆变电路为半桥逆变电路或全桥逆变电路；当所述逆变电路为半桥逆变电路时，其包括第二控制器、电容c2和c3、mos管q1和q2；电容c2和c3、mos管q2和q1依次连接形成回路；第二控制器控制q1、q2以固有频率ω交替导通，以将直流电转换成所需频率的交流电；所述mos管q1和q2均为氮化镓或碳化硅mos管。

进一步地，所述第二整流滤波电路由整流电路和滤波电容组成；整流电路为桥式整流电路或半波整流电路或全波整流电路，其主要由快恢复二极管和滤波电容组成。

进一步地，所述发射线圈和接收线圈结构相同，均为由电感与补偿电容组成的耦合线圈。

进一步地，所述第二控制器还和检测和通信电路相连接，所述检测和通信电路连接在发射线圈的两端；所述检测和通信电路包括检测模块，用以对振荡信号采样，进行脉冲计数，将所监测到的振荡频率与第二控制器中所设定的预设值比较，判断发射线圈上方是否有接收线圈，控制发射线圈是否运行。

进一步地，所述buck型开关稳压电路包括mos管q3、电感、电容、二极管以及第三控制器；所述电感、电容、二极管依次连接形成回路；mos管q3的s极和第二整流滤波电路的输出端相连接，d极和电感相连接，g极和第三控制器相连接，以通过第三控制器来控制pwm调制波的占空比，调节输出电压；

进一步地，所述接收线圈连接有第二通信模块，所述检测和通信电路包括第一通信模块，当检测判断出发射线圈上方有接收线圈时，第一通信模块和第二通信模块通过信息码进行配对，配对成功后，无线电能发射端根据配对的信息码获取接收端的电流、电压等参数，并根据这些参数值调整发射端的电流、电压等参数，发射线圈根据所匹对到的信息码来为接收线圈提供所需的无线电能确保接收端设备能稳定工作。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种无线供电奶泡机，包括供电装置、无线电接收装置以及奶泡机本体；在所述供电装置中安装有第一整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈；在所述无线电接收装置中安装有接收线圈、第二整流滤波电路以及buck型开关稳压电路；所述无线电接收装置设置在奶泡机本体中；

所述第一整流滤波电路的输入端用于和交流电源相连接，用于将交流电转换为直流电输出；

所述逆变电路的输入端和第一整流滤波电路的输出端相连接，用于将第一整流滤波电路输出的直流电转换为频率为f的交流电；

所述发射线圈的两端和逆变电路的输出端相连接，用于无线传输交流电；所述接收线圈用于接收发射线圈所传输来的交流电，并直接为奶泡机加热电路供电；

所述第二整流滤波电路的输入端和接收线圈的两端相连接，用于将交流电转换为直流电输出；

所述buck型开关稳压电路的输入端和第二整流滤波电路的输出端相连接，buck型开关稳压电路的输出端连接有稳压电路；

所述发射线圈和接收线圈组成无线电传输电路。

本实用新型与现有技术相比，其优势在于：

本实用新型实施例提供的无线供电奶泡机在传统奶泡机中整合了谐振式无线供电技术，摆脱了传统家电的电源线难以整理的问题，外观更简洁；同时，由于采用的是无线供电的方式，第一整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈成安装在奶泡机的供电底座中，接收线圈、第二整流滤波电路以及buck型开关稳压电路集成安装在奶泡机本体中，机器无线材外露，避免了因线材磨损、导线裸露带来的安全隐患，电线封装在机身内部，因此机身外壳不需要为外露线材开孔，机身密闭性更好，减少了外部液体渗入机器内部的可能性，防水性能更高。

附图说明

图1为传统的奶泡机的电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的无线供电奶泡机的电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的无线供电奶泡机的整体结构示意图；

图中：1、第一整流滤波电路；2、逆变电路；3、无线电传输电路；4、第二整流滤波电路；5、buck型开关稳压电路；6、加热电路；100、供电装置；200、无线电接收装置；300、奶泡机本体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例：

下面结合一个具体的应用场景实例来对本实用新型所提供的无线供电奶泡机的电路结构进行详细地说明，在本实施例中，该无线供电奶泡机的电路结构应用于奶泡机中，从而成为一无线供电奶泡机。

参阅图2-3所示，本实施例提供的无线供电奶泡机主要包括供电装置100(即供电底座)、无线电接收装置200以及奶泡机本体300；在该供电装置100中集成安装有第一整流滤波电路1、逆变电路2以及发射线圈；在该无线电接收装置200集成安装有接收线圈、第二整流滤波电路4以及buck型开关稳压电路5；该无线电接收装置200设置在奶泡机本体300的底部；具体使用时，可将供电装置安装于桌子下方，用户使用时，只需将奶泡机本体300放置于桌子上方，供电装置100就可以对奶泡机进行高效率的无线供电。

其中，该第一整流滤波电路1的输入端用于和交流电源相连接，以将220v/50hz交流电转换为平稳的直流电。该逆变电路2的输入端则和第一整流滤波电路2的输出端相连接，用于将第一整流滤波电路2输出的直流电转换为频率为600-800khz左右的高频交流电。由于奶泡机都是用在家庭里，所采用的电源都是家庭用电，即220v/50hz的交流电，而要实现高效地无线供电，则需要更高频率的交流电，因此需要改变220v/50hz交流电的频率，为此，在本实施例中还设置有第一整流滤波电路1和逆变电路2，以在转成直流电后进行逆变改变频率，从而获得所需频率的高频交流电。当然，如果接收线圈所接收到的交流电频率符合所需的要求，在其他的一些应用情景下，则无需设置第一整流滤波电路1和逆变电路2。

而该发射线圈和接收线圈则组成无线电传输电路3，如图2所示，在本实施例中无线电传输电路采用并联谐振的方式(线圈和电容并联)；当然，其他的一些实施例中也可以采用串联谐振的方式(线圈和电容串联)。具体地，该发射线圈的两端和逆变电路2的输出端相连接，用于将交流电转换为电磁信号；该则接收线圈则用于接收发射线圈所传输来的电磁信号，并将电磁信号转换为高频交流电输出，直接为奶泡机加热电路6供电，也就是说，接收线圈接收到的能量为高频交流电且电压值比较高，可直接为加热电路6供电，无需进行整流稳压，从而使得所需导线无需那么粗，使得产品结构更为地紧凑；具体地，加热电路6的第一单片机的heat引脚控制继电器k1开启或关闭加热电路。

该第二整流滤波电路4的输入端则和接收线圈的两端相连接，用于将交流电转换为直流电输出；buck型开关稳压电路5的输入端则和第二整流滤波电路4的输出端相连接，buck型开关稳压电路的输出端连接有稳压电路，也就是说，直流电经过不同的稳压电路，转化为幅值不同的直流电，给奶泡机本体其他的各个部分供电，buck型开关稳压电路可以进行高效率、低发热的降压和稳压。由于奶泡机加热电路6的加热片需要用到150v及以上的高电压电压才能高效率工作，而奶泡机的其他电路部分如电机电路、温控电路、led电路、复位电路等则需要用到9v或5v的低电压，为此，在接收线圈的输出端设置第二整流滤波电路4，在进行整流滤波后，再由buck型开关稳压电路对高压进行降压，而且能够在高电压降压过程中减少损耗、降低发热，从而提高电能的利用率，最后经过不同的稳压电路，转化为幅值不同的直流电，给奶泡机本体其他的各个部分供电，从而能满足奶泡机的电压工作要求。

具体地，该buck型开关稳压电路包括mos管q3、电感l3、电容c7、二极管d4以及第三单片机；该电感l3、电容c7、二极管d4依次连接形成回路；mos管q3的s极和第二整流滤波电路的输出端相连接，d极和电感l3相连接，g极和第三单片机相连接，以通过第三单片机来控制pwm调制波的占空比，调节输出电压，如此，通过利用buck开关型稳压电路5，通过第三单片机控制pwm调制波的占空比，调节输出电压，提高电能转换效率，降低发热。

由此可见，本实施例提供的无线供电奶泡机在传统奶泡机中整合了谐振式无线供电技术，摆脱了传统家电的电源线难以整理的问题，外观更简洁；同时由于采用的是无线供电的方式，第一整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈成安装在奶泡机的供电底座中，接收线圈、第二整流滤波电路以及buck型开关稳压电路集成安装在奶泡机本体中，机器无线材外露，避免了因线材磨损、导线裸露带来的安全隐患，电线封装在机身内部，因此机身外壳不需要为外露线材开孔，机身密闭性更好，减少了外部液体渗入机器内部的可能性，防水性能更高。

具体地，该发射线圈和接收线圈和均是是由感抗xl与容抗xc相等的电感与补偿电容组成的耦合线圈，用于传输无线电能，耦合线圈的谐振频率为该值在有接收设备时和无接收设备时是不一样的，有接收设备时，电感量l增大，振荡频率ω上升；没有接收设备时，电感量l变小，振荡频率ω下降。而该逆变电路2在本实施例中采用的是半桥逆变电路，在其他的一些实施例中也可以采用全桥逆变电路，具体地，该半桥逆变电路主要由第二控制器、电容c2和c3、mos管q1和q2组成。第二单片机控制q1、q2以振荡电路的固有频率ω交替导通，将直流电转换成高频交流电，交流电频率f与耦合线圈的固有频率ω相等，即如此，即可以使得耦合线圈发生谐振，强化耦合状态，大大地提高电能的无线传输效率。此外，该第二单片机还和检测和通信电路相连接，该检测和通信电路连接在发射线圈的两端，包括检测模块，用以对振荡信号采样，进行脉冲计数，将所监测到的振荡频率与第二单片机中所设定的预设值比较，判断发射线圈上方是否有接收线圈，控制发射线圈是否运行，从而做到更省电、更安全。

为了使得奶泡机更进一步地省电、安全，该检测和通信电路还包括第一通信模块，无线电接收装置还包括第二通信模块；第二通信模块和接收线圈相连接，第二通信模块由第一单片机控制，当检测判断出发射线圈上方有接收线圈时，第一通信模块和第二通信模块通过信息码进行匹对，发射线圈根据所匹对到的信息码来为接收线圈提供所需的无线电能。由于每个奶泡机的额定功率不同，对电流电压的要求较高，在两个耦合线圈中加入通信模块，令发射端和接收端之间保持通信，保证发射端能调整自身电流电压参数，向接收端提供稳定的电力输出。在发射端检测到设备后，通信模块1与通信模块2进行配对，配对成功后，无线电能发射端根据配对的信息码获取接收端的电流、电压等参数，并根据这些参数值调整发射端的电流、电压等参数，确保接收端设备能稳定工作。例如发射端在没有检测到接收设备的情况下，将一直处在待机状态，只有当发射端检测接收设备的时候，发射端才开启工作。通信模块可根据接收设备配对的信息码，为接收端提供所需的无线电能，如奶泡机需要500瓦的额定功率，发射端会发射500瓦的电能，不会发射600瓦的电能，否则多发送的电能就会造成浪费，可以做到更省电，更安全，更稳定地工作。

此外，由于接收线圈接收到的是能量为高频交流电，高频交流电通过第二整流滤波电路后，得到平稳的直流电，因为该部分的交流电频率很高，因此，在本实施例中该第二整流滤波电路采用的是桥式整流滤波电路，其主要由四个快恢复二极管(简称frd、fastrecoverydiode)组成，以将高频交流电转化为平稳的直流电。当然，在其他的一些实施例中，该第二整流滤波电路也可以采用半波整流、全波整流的方式。

更为优选地，上述的所有mos管(包括q1、q2、q3)采用氮化镓mosfet或碳化硅mosfet。这两种mos管其优点有：1.氮化镓的禁带宽度为3.4ev，碳化硅的禁带宽度为3.3ev，相比之下，硅的禁带宽度只有1.1ev，禁带宽度直接决定电子器件的耐压和最高工作温度，禁带宽度越大，器件能够承载的电压和温度越高，击穿电压也会越高，承受功率越高，所以氮化镓mos管和碳化硅mos管相比传统的mos管拥有更高的耐压值和耐高温能力；2.在同为1000v的击穿电压下，氮化镓mos管的导通电阻为0.04mω/cm²，碳化硅mos管的导通电阻为0.3mω/cm²，而传统mos管的导通电阻为200mω/cm²。更低的导通电阻，直接表现为导通时的发热量，导通电阻越小，发热量越低，导通损耗便越小，那么无线供电系统整体的损耗也更低；3.氮化镓和碳化硅的电子饱和速度是硅的3-4倍，更快的电子饱和速度，能带来更快的开关速度。例如普通mos管的开关速度最高600khz，碳化硅mos管和氮化镓mos管开关速度能达到1mhz以上，适用于更高的工作频率；4.碳化硅mos管和氮化镓mos管相较于传统硅基mos管，能承受更大的电流和电压、更高的开关速度、更小的能量损失、更耐高温。因此用碳化硅和氮化镓做成的产品可以相应的减少了电容、电感、线圈、散热组件等部件，使得整个产品更加轻巧、节能、输出功率更强，同时还增强了可靠性，优点十分明显。

本实施例提供的无线供电奶泡机的具体工作过程如下：

(1)220v/50hz交流电经过全桥整流器d1后转换为脉动直流电，并经过滤波电容c1后得到平稳的直流电。

(2)第二单片机q1、q2以振荡电路的固有频率ω交替导通，将直流电转换成高频交流电，交流电频率f与耦合线圈的固有频率ω相等，即

(3)耦合线圈发生谐振，能量从发射线圈传输到接收线圈。

(4)接收线圈接收到的能量为高频交流电，高频交流电直接为加热电路供电，第一单片机的heat引脚控制继电器k1开启或关闭加热电路。

(5)高频交流电通过整流滤波电路后，得到平稳的直流电，因为该部分的交流电频率很高，电路中的整流桥d2使用快恢复二极管搭建。

(6)第一单片机的heat引脚通过控制继电器k1开启或关闭加热电路。

(7)buck型开关稳压电路进行高效率、低发热的降压和稳压。

(8)直流电经过不同的稳压电路，转化为幅值不同的直流电，给奶泡机各个部分供电。

综上，与传统的奶泡机电路结构相比，本实施例提供的无线供电奶泡机具有如下的技术优势：

(1)接入220v/50hz交流电后，通过整流滤波电路后，把交流电整流滤波为直流电。

(2)将直流电经过逆变电路，逆变成频率f与耦合线圈的固有频率ω一致的高频交流电。

(3)无线电能传输时，耦合线圈发生谐振，强化耦合状态，电能传输效率提高。

(4)利用buck开关型稳压电路，通过单片机控制pwm调制波的占空比，调节输出电压，提高电能利用率，降低发热。

(5)加入检测和通信模块，无线供电发射端在检测到设备时自动开启并与设备进行配对，根据配对的信息码自动调整电流电压值，可以做到更省电、更安全、更稳定地工作。

(6)利用氮化镓mosfet和碳化硅mosfet禁带宽度大、导通损耗低、工作频率高等特点，降低无线传输系统的整体损耗，提高了传输效率，并缩小产品体积，增强了可靠性。

当然，本实施例所涉及到的所有单片机都可以采用其他控制芯片来代替。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。