一种无线充电的电能转换器及其电能转化方法与流程

一种无线充电的电能转换器及其电能转化方法
【技术领域】
1.本发明涉及充电充电的技术领域，尤其是涉及一种无线充电的电能转换器。


背景技术：

2.众所周知，无线充电大多是通过给初级线圈通电，在电磁感应的作用下，使得次级线圈产生电流，电能也就从初级线圈传递到次级线圈上。且目前，无线充电要达到高电压的传能，需要在初级线圈的一侧加上升压式电能转换器，借由升压式电能转换器将输入电压拉高后经由全桥电路达到无线冲高压传能。但目前，现有的升压电能转换器，其一般会预先采用一个电感配合一颗mos管、一颗二极管实现升压，在配合逆变器将升压后的直流转换成交流电，该结构复杂、成本高且采用二极管，会在其自身导通时存在压降，而降低整体系统的效率。
3.因此，现有技术有待改进和发展。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种无线充电的电能转换器，用于解决现有升压式电能转换器结构复杂、成本高以及整体系统转化率较低的问题。
5.本发明的技术方案如下：一种无线充电的电能转换器，包括：用于输入电源的电源输入端，与电源输入端电连接的全桥升压电路，与全桥升压电路电连接的变压器，与变压器电连接的桥式整流电路，以及与桥式整流电路电连接的电源输出端；所述全桥升压电路用于将电源输入端输入的电压进行升压后传输给变压器；
6.所述全桥升压电路包括：第二mos管，第三mos管，以及与变压器的初级线圈形成环路的电源输入端、第一mos管、第一电感、第四mos管、第一电容；所述电源输入端、第一mos管、第一电感、第四mos管、第一电容和变压器的初级线圈首尾依次相连，所述第二mos管的源极与第一电感的输出端连接、漏极接地，所述第三mos管的源极与第一电感的输出端电连接、漏极接地，所述电源输入端的负极接地；通过对第一mos管、第二mos管，第三mos管和第四mos管的有序控制以及配合第一电感和第一电容的储能特性使得将电源输入端输入的电压进行升压后传输给变压器。
7.进一步的，所述电能转换器还包括第二电感和第三电容，所述第二电感的两端分别与桥式整流电路和电源输出端电连接，所述第三电容的一端连接与第二电感的输出端电连接、另一端与桥式整流电路电连接。
8.进一步的，所述电能转换器还包括第二电容，所述第二电容的两端分别与变压器的次级线圈和桥式整流电路电连接。
9.进一步的，所述电能转换器还包括续流二极管，所述续流二极管的第一管脚与桥式整流电路电连接、另一端与第二电感的输入端电连接。
10.进一步的，所述桥式整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的输入端和第四二极管的输入端均接地，所述第一二极管的输出端
分别连接第二电容和第二二极管的输入端，所述第二二极管的输出端分别连接第三二极管的输出端和第二电感的输入端，所述第四二极管的输出端连接变压器上次级线圈远离第二电容的一端。
11.进一步的，所述有序控制包括：
12.步骤1：在时间t
0-t1之间，同时导通第一mos管和第三mos管，所述电源输入端、第一mos管、第一电感、第三mos管之间形成回路，其中，第一电感进行储能；
13.步骤2：在时间t
1-t2之间，断开第三mos管，同时导通第四mos管，所述电源输入端、第一mos管、第一电感、第四mos管、第一电容和变压器的初级线圈之间形成回路；其中，所述第一电感上的电能依次经第四mos管、第一电容、变压器的初级线圈传输至变压器的次级线圈上，并依次经第二电容、第二二极管、第二电感、电源输出端输出；其中，第二电感进行储能；
14.步骤3：在时间t
2-t3之间，断开第一mos管，同时导通第二mos管，所述第一电感、第二mos管、变压器的初级线圈、第一电容、第四mos管之间形成回路，所述第一电感上的电能依次经第二mos管、变压器的初级线圈传输至变压器的次级线圈，所述变压器的次级线圈与第四二极管、第三二极管、第二电感、电源输出端、第一二极管、第二电容之间形成回路，所述变压器的次级线圈产生的电能经第四二极管、第三二极管整流后经第二电感输出；
15.步骤4：重复执行步骤1，断开第二mos管、第四mos管，同时导通同时导通第一mos管和第三mos管，所述电源输入端、第一mos管、第一电感、第三mos管之间形成回路。其中，所述第一电感进行储能；所述第二电感、电源输出端、续流二极管之间形成回路，所述第二电感上的电能从电源输出端输出。
16.进一步的，所述第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管均并联有第五二极管和第四电容。
17.本发明的有益效果在于：相较于现有技术，本发明的全桥升压电路通过第一电感配合有序控制的第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管，实现给第一电感储能后再给变压器的初级线圈传输电能，以实现抬升电源输入端所输入的电源以及实现定频的交流电，并传输至变压器的次级线圈。该结构简单，可降低成本，以及变压器的初级侧没有二极管对电能进行损耗，可降低整体电能转换器转换率的损耗，以提高转化率。
【附图说明】
18.图1为本发明的电路图；
19.图2为本发明在t
0-t1时间工作状态的示意图；
20.图3为本发明在t
1-t2时间工作状态的示意图；
21.图4为本发明在t
2-t3时间工作状态的示意图；
22.图5为本发明在t
3-t1时间工作状态的示意图。
【具体实施方式】
23.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
24.请参照附图1-5，本发明实施例中的一种无线充电的电能转换器。
25.该无线充电的电能转换器包括：用于输入电源的电源输入端1，与电源输入端1电
连接的全桥升压电路4，与全桥升压电路4电连接的变压器3，与变压器3电连接的桥式整流电路5，以及与桥式整流电路5电连接的电源输出端2。全桥升压电路4用于将电源输入端1输入的电压进行升压后传输给变压器3，全桥升压电路4包括：第二mos管q2，第三mos管q3，以及与变压器3的初级线圈l
tx
形成环路的电源输入端1、第一mos管q1、第一电感lm、第四mos管q4、第一电容cr
tx
，电源输入端1、第一mos管q1、第一电感lm、第四mos管q4、第一电容cr
tx
和变压器3的初级线圈l
tx
首尾依次相连。第二mos管q2的源极与第一电感lm的输出端连接、漏极接地，第三mos管q3的源极与第一电感lm的输出端电连接、漏极接地，电源输入端1的负极接地。通过对第一mos管q1、第二mos管q2，第三mos管q3和第四mos管q4的有序控制以及配合第一电感lm和第一电容cr
tx
的储能特性使得将电源输入端1输入的电压进行升压后传输给变压器3。
26.本发明的全桥升压电路4通过第一电感lm配合有序控制的第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4，实现给第一电感lm储能后再给变压器3的初级线圈l
tx
传输电能，以实现抬升电源输入端1所输入的电源以及实现定频的交流电，并传输至变压器3的次级线圈l
rx
。该结构简单，可降低成本，以及变压器3的初级侧没有二极管对电能进行损耗，可降低整体电能转换器转换率的损耗，以提高转化率，解决现有技术的问题。
27.在一实施例中，电能转换器还包括第二电感l0和第三电容c0，第二电感l0的两端分别与桥式整流电路5和电源输出端2电连接，第三电容c0的一端连接与第二电感l0的输出端电连接、另一端与桥式整流电路5电连接。电能转换器还包括续流二极df管，续流二极df管的第一管脚与桥式整流电路5电连接、另一端与第二电感l0的输入端电连接。利用第二电感l0，可在变压器3中的初级线圈l
tx
的电能传输至次级线圈l
rx
时让第二电感l0进行储能，进而在初级线圈l
tx
没有电能传输至次级线圈l
rx
时，配合续流二极df管，可使得第二电感l0、电源输出端2、续流二极df管之间形成回路，第二电感l0上的电能从电源输出端2输出。
28.在上述实施例中，电能转换器还包括第二电容cr
rx
，第二电容cr
rx
的两端分别与变压器3的次级线圈l
rx
和桥式整流电路5电连接。桥式整流电路5包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4，第一二极管d1的输入端和第四二极管d4的输入端均接地，第一二极管d1的输出端分别连接第二电容cr
rx
和第二二极管d2的输入端，第二二极管d2的输出端分别连接第三二极管d3的输出端和第二电感l0的输入端，第四二极管d4的输出端连接变压器3上次级线圈l
rx
远离第二电容cr
rx
的一端，利用由四个二极管构成的桥式整流电路5对变压器3所产生的交流电转化成直流电。
29.且为保护第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4，第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4均并联有第五二极管和第四电容。
30.具体的，为实现抬升电压降低控制难度，有序控制包括：
31.步骤1：在时间t
0-t1之间，同时导通第一mos管q1和第三mos管q3，电源输入端1、第一mos管q1、第一电感lm、第三mos管q3之间形成回路。以此，电源输入端1输入的直流经第一mos管q1后可使得第一电感lm进行储能。
32.步骤2：在时间t
1-t2之间，断开第三mos管q3，同时导通第四mos管q4，电源输入端1、第一mos管q1、第一电感lm、第四mos管q4、第一电容crtx和变压器3的初级线圈l
tx
之间形成回路。其中，电源输入端1所输入的电源以及第一电感lm上所储存的电能依次经第四mos管q4、第一电容cr
tx
、变压器3的初级线圈l
tx
传输至变压器3的次级线圈l
rx
上，再依次经第二电
容cr
rx
、第二二极管d2、第二电感l0、电源输出端2输出，并使得第二电感l0进行储能。此时，第一电感lm此时输出的电压为电源输入端1所输入的电源与第一电感lm上所储存的电能之和。
33.步骤3：在时间t
2-t3之间，断开第一mos管q1，同时导通第二mos管q2，所述第一电感lm、第二mos管q2、变压器3的初级线圈l
tx
、第一电容cr
tx
、第四mos管q4之间形成回路。第一电感lm上的电能依次经第二mos管q2、变压器3的初级线圈l
tx
传输至变压器3的次级线圈l
rx
，变压器3的次级线圈l
rx
与第四二极管d4、第三二极管d3、第二电感l0、电源输出端2、第一二极管d1、第二电容cr
rx
之间形成回路，变压器3的次级线圈l
rx
产生的电能经第四二极管d4、第三二极管d3整流后经第二电感l0输出。
34.步骤4：重复执行步骤1，断开第二mos管q2、第四mos管q4，同时导通同时导通第一mos管q1和第三mos管q3，电源输入端1、第一mos管q1、第一电感lm、第三mos管q3之间形成回路。其中，第一电感lm进行储能。且第二电感l0、与电源输出端2、续流二极df管之间形成回路，第二电感l0上的电能从电源输出端2输出。之后再执行步骤2和步骤3，以此反复重复，即可使得电源输出端2持续稳定的输出电源。
35.具体的，将电源输入端1所输入的电源设为vin，将电源输出端2所输出的电源为v0，将开关导通的电流用i
lon
表示，开关所截止的电流用i
loff
表示，占空比用d表示，占空比的周期为ts，电感升压储能用lm表示，即可得到如下公式：i
lon
＝vin*d*ts/lm；i
loff
＝v0*(1-d)*ts/lm。
36.且因为电感上的电流不能突变以及根据电感电压的伏秒平衡定律，其中，电感电压的伏秒平衡定律是指对于已稳定工作在稳态的dc-dc功率转换器，有源开关导通时加在电感上的正向伏秒一定等于有源开关截止时加在该电感上的反向伏秒。即可获得，i
lon
＝i
loff
，即vin*d*ts/lm＝v0*(1-d)*ts/lm，以此化简可得到v0＝(vin*d)/(1-d)，这与传统无线充电升压式全桥电能转换器电压增益为v0＝(vin*d)/(1-d)相同，且可减少元器件，以及配合有序控制，可降低本发明电能转换器的控制难度，有效降低成本。
37.以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。