一种大功率电能的无线传输方法和电路的制作方法_2

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]图5为实施例四的原理图。
[0034]图6为实施例五的原理图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图给出本发明较佳实施例,以详细说明本发明的技术方案。
[0036]实施例一,如图1至图2,包括发射部分和接收部分,发射部分包括15个发射单元模组,其中5个构成串联段,再由3个该串联段并联构成发射模组阵列,每个发射单元模组都包括一个发射线圈,15个发射线圈构成了发射线圈阵列,接收部分具有与发射模组阵列结构相同的接收模组阵列,接收模组阵列具有一电源输出端,每个接收单元模组均包括一个接收线圈,15个接收线圈构成了接收线圈阵列,所述发射线圈阵列和接收线圈阵列具有对应的空间位置阵列结构,所述发射部分和接收部分通过15个发射线圈和15个接收线圈互相耦合同时工作传输电磁能。
[0037]发射部分还包括发射控制系统,发射控制系统设置在发射单元模组以外,本实施例中,可集成在发射部分电路板上,发射控制系统通过数据总线连接各个发射单元模组,以实现各个发射单元模组电磁能量的平均输出,发射控制系统为标准逻辑电路或可编程逻辑电路或单片机中的任一种。
[0038]接收部分还包括接收控制系统,接收控制系统设置在接收单元模组以外,本实施例中,可集成在接收部分电路板上,通过数据总线连接各个接收单元模组,以实现各个接收单元模组的电流电压的平均输出,接收控制系统为标准逻辑电路、可编程逻辑电路或单片机中的任一种。
[0039]实施例二,如图3所示,其发射部分结构与实施例一相同,在此不做赘述,不同之处在于,其接收模组阵列中,3个串联段的正极各自与一个二极管串联Dl、D2、D3,用于单向单电,在其串联段内,每个接收单元模组均与一个二极管并联Dll?D35,实现旁路电流的功能,接收部分具有一输出总开关MOS管,其工作过程描述如下:
[0040]a,接收控制系统检测各个接收单元模组工作正常,打开MOS总开关,开始对外供电。
[0041]b,当接收控制系统检测到接收单元模组异常时,可以这样操作接收单元模组:对于消费类电子,没有备用的收发单元模组,将接收单元模组重新启动,使其能正常工作,若还是无法正常工作,系统故障,无法工作;对于高可靠应用,如汽车,必须设有备用的收发单元模组,当某些收发单元模组有故障时,启动备用单元,系统仍可以正常工作,且提示用户,有收发单元故障,需要维修或更换。
[0042]c,接收模组阵列中,可能出现有些接收单元组件已经开始工作,有些没有工作,此时要保证已经工作的接收单元模组必须旁路绕过还没有工作的单元模组,直接向总开关处供电,为实现此目的,本实施例中可以在每个接收单元模组一侧并联二极管,Dll,D12,D13,D14,D15,D21,D22,D23,D24,D25,D31,D32,D33,D34,D35,二极管的正极连接与其并联单元的负极,二极管负级连接与其并联单元的正极,当某个接收单元模组不能正常工作时,二极管将其旁路,不影响整个串联支路其它接收单元工作。
[0043]d,接收模组阵列中,可能出现互相串联的接收单元模组电压不能完全一致的情形,目前的技术条件可以通过接收控制系统使其输出电压很接近,但精度不够,当上述串联段互相并联时可能产生电能干扰,为避免这种情形,本实施例在串联汇聚处加二极管Dl,D2,D3,作用是单向导电,同理,也可以将Dl,D2,D3替换成MOS管,当接收控制系统检测到电压电流异常时,暂时关闭相应的支路,实现反方向电流阻断功能。
[0044]e,随着科技的发展,各个串联段可以实现可控制的非常精准的电压和电流输出控制时,上述的二极管或MOS管都不用加,如当检测到电能干扰时,迅速降低相应产生电能干扰的串联单元的输出电压或提升电能被干扰串联单元的输出电压。
[0045]实施例三,用于IPAD1ff 5V2A充电功率的无线电能传输电路,如图4,发射部分和接收部分分别采用两个发射单元模组和两个接收单元模组并联,图中的每个无线收发单元包括一对互相耦合的发射单元模组和接收电源模组,每个无线收发单元实际最大输出
5.3V*1A = 5.3W,由于肖特基二极管0.3V压降,两路汇聚后实际输出为5V*2A= 10W,本实施例可以实现给IPAD 1ff 5V2A实现无线充电解决方案,对于这种发射单元模组和接收电源模组阵列很少的且是消费类电子不需要高可靠性要求的解决方案,不需要总开关,也不需要专门外置收发控制系统,各个收发单元模组自己做好限压限流,各个接收单元模组直接汇聚输出。
[0046]实施例三中,5W收发单元模组技术标准采用无线充电联盟WPC1.1.2版Qi标准,发射单元模组包括艾迪悌(IDT)公司P9038-RNDGI芯片,接收单元模组包括艾迪悌(IDT)的P9025AC-RNBGI芯片和芯源(MPS)的MP5010SDQ芯片,其中P9038-RNDGI芯片和P9025AC-RNBGI芯片功能是完成5W无线电能的传输,MP5010SDQ是可编程电流限制器件,通过它保证P9025AC输出电流不大于1A,上述3个芯片、伺服料电阻电容和收发线圈等一起构成收发单元模组,两个接收单元模组各自与肖特基二极管串联后,再并联进行汇聚输出。
[0047]实施例四是用于TYPE-C、笔记本电脑或智能扫地机器人的无线电能传输电路,如图5所示,其发射部分为10个发射单元模组的全并联结构,其接收部分为5个接收单元模组串联构成串联段,再将2个所述的串联段进行并联构成接收模组阵列,串联段内每个接收单元模组均与一个旁路二极管(Dl?D10)并联;2个串联段的正极各自串联一个用于单向导电的二极管(D21和D22);每个接收单元模组通过另一个二极管(Dll?D20)连接至与门,对与门供电;发射部分还设有电源输入管理模块和DC/DC转换电路,其目的在于,当发射单元模组比较多时传输线路长,为减少线路损耗,先高电压传输,再经DC/DC变换电路变换后,给各发射单元模组供电,本实施例中,10个并联的发射单元模组共用两个DC/DC变换电路,接收部分在输出端之前同样设置一个DC/DC变换电路,以转换成相应的电流电压来适配TYPE-C、笔记本电脑或智能扫地机器人之类的100W左右或以内的需求功率。
[0048]本电路的功能说明如下:
[0049]a.每个收发单元模组为可输出1W能量,10V1A,1W收发单元模组技术标准采用无线充电联盟WPC 1.2版Qi标准,收发单元电路所用集成电路是,发射单元模组选用艾迪悌(IDT)公司P9240,接收单元模组选用艾迪悌(IDT)P9220和芯源(MPS)MP5010,MPS5010芯片是可编程电流限制器件,通过它保证P9220输出电流不大于1.2A,上述的3个芯片、伺服料电阻电容,收发线圈等一起构成收发单元模组。
[0050]b.每个接收单元模组均通过图中的S线输出一个“状态”信号,通过两级“与门”连接总开关,当所有接收单元模组都正常工作时,总开关打开,向外供电。
[0051]C,二极管Dl-DlO功能是:在接收单元模组没有正常工作时,将其旁路。
[0052]d,二极管D11-D20功能是:只要有一路接收单元模组可以正常工作,就可以给“与门”供电,为“或”的关系,图中的“V”线为供电线。
[0053]e,二极管D21-D22功能是:单向导电,防止两个串联电路在并联时串扰。
[0054]f,本实施例的接收部分的输出总开关采用MOS管。
[0055]g,本电路总输入功率120W,总输出功率100W,传输效率约为80%。
[0056]实施例五是用于电动汽车的无线电能传输电路,如图6所示,该无线传输电路的发射部分和接收部分均由10个收发单元模组串联构成串联段后,再由10个所述的串联段并联构成10*10的矩形阵列,每个发射单元模组和接收单元模组配合可输出1W能量,S卩10V1A,技术标准采用无线充电联盟WPC 1.2版Qi标准,发射单元模组包括艾迪悌公司IDT_P9240芯片、AC/DC变换电路、数据总线接口转换电路,伺服料电阻电容和发射线圈等;发射单元模组增加数据总线接口转换电路(图6中未示出),是为了保证发射控制系统对发射单元模组的有效控制,不过这个需要具体问题具体分析,有可能I2C转GP1,也有可能I2C转LIN等等。
[0057]接收单元模组包括艾迪悌公司的IDT_P9220芯片、芯源(MPS)MP5010芯片、英特矽尔(Intersil)ZL6105芯片、数据总线接口转换电路、伺服料电阻电容和接收线圈等,受接收控制系统控制。
[0058]IDT_P9220功能是输出1W电能,MP5010S的功能是使P9220输出电流严格限制在1.2A以内,ZL6105是I2C接口数字电源,IDT_P9220输出的1W 10V1A的电能
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