[發(fā)明專利]電動(dòng)自行車磁耦合諧振式無線充電器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410002988.5
• 申請(qǐng)日: 2014-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN103779951A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃曉東;周挺;葉震濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心
• 主分類號(hào): H02J7/02
• 分類號(hào): H02J7/02;H02J17/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)，尤其是一種電動(dòng)自行車磁耦合諧振式無線充電器。

背景技術(shù)

目前的電動(dòng)自行車所使用的充電器，基本都是有線充電器，電源插頭在插拔過程中會(huì)產(chǎn)生電火花，影響插頭壽命，時(shí)間長(zhǎng)了也會(huì)造成接觸不良。在電動(dòng)自行車充電這一技術(shù)領(lǐng)域，目前還未有成熟的無線充電技術(shù)方案。

無線充電目前存在的主要問題是，一是效率不高，主要原因是能量的控制比較困難，無法真正實(shí)現(xiàn)能量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳送，在傳輸?shù)倪^程中會(huì)散射等損耗一部分能量，能量轉(zhuǎn)換器的效率不高也是影響整個(gè)系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素；二是電磁輻射安全問題，對(duì)人身安全和周圍環(huán)境的影響需要解決。由于無線能量的傳輸既不像傳統(tǒng)的供電方式那樣可以在傳輸路徑上得到很好的控制，也不像無線通訊那樣傳送微小的功率，高能量的能量密度勢(shì)必會(huì)對(duì)人身安全帶來影響。

磁耦合諧振式無線電能傳輸采用兩個(gè)相同頻率諧振電路，利用磁場(chǎng)通過近場(chǎng)傳輸，輻射小，具有方向性，中等距離傳輸，傳輸效率較高。磁耦合諧振式無線電能傳輸中，電磁場(chǎng)隨傳輸距離增加而迅速衰減，利用兩個(gè)發(fā)生諧振耦合的電路來捕捉隨距離衰減的電磁場(chǎng)，即當(dāng)發(fā)射回路和接收回路發(fā)生諧振時(shí)，使大部分能量由發(fā)射回路傳遞到接收回路。

因此利用磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線充電器，是一種效率高，電磁輻射相對(duì)較小的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)自行車磁耦合諧振式無線充電器，能夠消除電源插頭在插拔過程中產(chǎn)生的電火花，影響插頭壽命和接觸不良帶來的麻煩，方便充電操作；通過諧振耦合傳輸電能，大大減小電磁輻射對(duì)環(huán)境的影響。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種電動(dòng)自行車磁耦合諧振式無線充電器，包括主電路部分和控制電路部分。主電路部分包括全橋整流濾波電路、半橋逆變電路、發(fā)射端串聯(lián)諧振電路、接收端串聯(lián)諧振電路、高頻變壓器T1、高頻整流濾波電路；控制電路部分包括接收端電壓電流檢測(cè)電路、接收端充電數(shù)據(jù)發(fā)送電路、發(fā)射端無線數(shù)據(jù)接收電路、發(fā)射端電流檢測(cè)電路、鎖相環(huán)頻率跟蹤電路、PWM逆變控制電路、逆變驅(qū)動(dòng)電路。

輸入交流電壓經(jīng)全橋整流濾波電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓Ud1，經(jīng)半橋逆變電路輸出高頻交流電壓U1，在發(fā)射端串聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生諧振電壓和諧振電流即發(fā)射回路諧振電流i1；接收端串聯(lián)諧振電路和發(fā)射端串聯(lián)諧振電路的諧振頻率相等，通過電磁耦合諧振產(chǎn)生接收回路輸出電壓U2，接收回路輸出電壓U2經(jīng)高頻變壓器T1變換成和輸出充電電壓Uo對(duì)應(yīng)的高頻電壓，經(jīng)高頻整流濾波電路進(jìn)行整流和濾波，輸出充電電壓Uo。接收端電壓電流檢測(cè)電路檢測(cè)接收端輸出的充電電壓和充電電流，隨后充電電壓和充電電流數(shù)據(jù)經(jīng)過接收端充電數(shù)據(jù)發(fā)送電路無線發(fā)射；發(fā)射端無線數(shù)據(jù)接收電路接收并將接收到的充電電壓和充電電流數(shù)據(jù)傳送給PWM逆變控制電路；發(fā)射回路諧振電流通過發(fā)射端電流檢測(cè)電路采集檢測(cè)后，經(jīng)過鎖相環(huán)頻率跟蹤電路產(chǎn)生頻率跟蹤信號(hào)，給PWM逆變控制電路；PWM逆變控制電路根據(jù)設(shè)定的充電電壓給定值、充電電壓和充電電流檢測(cè)值和頻率跟蹤信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率和脈沖寬度的PWM脈寬調(diào)制控制信號(hào)，經(jīng)逆變驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離和功率放大，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖Ug1和Ug2，控制半橋逆變電路中的開關(guān)管。脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse?Width?Modulation”的縮寫。

所述全橋整流濾波電路包括二極管D1～D4和濾波電容Cd1，二極管D1～D4組成一輸入端全橋整流電路，濾波電容Cd1并聯(lián)在輸入端全橋整流電路的兩輸出端。

所述半橋逆變電路包括MOS開關(guān)管VT1、VT2和反并聯(lián)二極管VD1、VD2；所述發(fā)射端串聯(lián)諧振電路包括串聯(lián)的諧振電容C1和發(fā)射線圈L1；開關(guān)管VT1、VT2的柵極分別接驅(qū)動(dòng)脈沖Ug1和Ug2，開關(guān)管VT1的漏極接輸入端全橋整流電路的正輸出端，源極接開關(guān)管VT2的漏極，開關(guān)管VT2的源極接輸入端全橋整流電路的負(fù)輸出端；二極管VD1的陰極和陽極分別接開關(guān)管VT1的漏極和源極；二極管VD2的陰極和陽極分別接開關(guān)管VT2的漏極和源極；開關(guān)管VT1源極和開關(guān)管VT2漏極連接的節(jié)點(diǎn)接發(fā)射端串聯(lián)諧振電路的一端，發(fā)射端串聯(lián)諧振電路的另一端接輸入端全橋整流電路的負(fù)輸出端。

所述接收端串聯(lián)諧振電路包括串聯(lián)的諧振電容C2和接收線圈L2；串聯(lián)諧振電路的兩端分別和高頻變壓器T1的初級(jí)兩端相連；諧振電容C1和發(fā)射線圈L1的取值，以及諧振電容C2和接收線圈L2的取值使得接收端串聯(lián)諧振電路和發(fā)射端串聯(lián)諧振電路的諧振頻率相等，并且諧振頻率小于200KHz。