[發(fā)明專利]諧振耦合式無線電能傳輸裝置的高頻功率源

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510015042.7
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104539185B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖文勛;張波;劉紅偉;郭上華
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學;珠海許繼電氣有限公司
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02J50/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線輸電應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種高頻功率源的電路。

背景技術(shù)

諧振耦合式無線電能傳輸技術(shù)要求發(fā)射線圈和接收線圈工作在高頻狀態(tài)，其頻率達到1兆赫茲以上，因此為發(fā)射線圈提供交流電的功率源也要工作在高頻狀態(tài)，并且要能提供1兆赫茲以上的正弦交流電。現(xiàn)有的逆變電路如半橋逆變電路、全橋逆變電路，當它們工作在如此高的頻率時，其開關(guān)管的開關(guān)損耗和濾波電路的損耗將變得非常高。而且這些電路使用的開關(guān)管和元器件較多，用作高頻功率源時，電路較復雜、成本較高、損耗大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，簡化電路結(jié)構(gòu)，提供一種適用于諧振耦合式無線電能傳輸裝置的高頻功率源。本發(fā)明既可以實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，開關(guān)損耗接近零，又可以為發(fā)射線圈提供高頻正弦交流電。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

諧振耦合式無線電能傳輸裝置的高頻功率源，其包含MOSFET開關(guān)管、緩沖電容、發(fā)射線圈、第一調(diào)諧電容、儲能濾波電感、接收線圈和第二調(diào)諧電容；MOSFET開關(guān)管的漏極與緩沖電容的一端連接，然后再與發(fā)射線圈的一端連接；MOSFET開關(guān)管的源極與緩沖電容的另一端連接，然后再與第一調(diào)諧電容的一端連接；第一調(diào)諧電容的另一端與發(fā)射線圈的另一端連接；MOSFET開關(guān)管的漏極與儲能濾波電感的一端連接；儲能濾波電感的另一端與直流電壓源的正極連接；MOSFET開關(guān)管的源極與直流電壓源的負極連接；接收線圈的一端與第二調(diào)諧電容的一端連接，接收線圈的另一端與負載的一端連接，第二調(diào)諧電容的另一端與負載的另一端連接；高頻功率源輸出的能量通過發(fā)射線圈和接收線圈的諧振耦合傳遞給負載。

上述的諧振耦合式無線電能傳輸裝置的高頻功率源中，MOSFET開關(guān)管導通時，發(fā)射線圈與第一調(diào)諧電容諧振；MOSFET開關(guān)管斷開瞬間，緩沖電容緩沖MOSFET開關(guān)管的電壓上升，使MOSFET開關(guān)管實現(xiàn)近似零電壓關(guān)斷；在MOSFET開關(guān)管關(guān)斷期間，發(fā)射線圈、第一調(diào)諧電容與緩沖電容發(fā)生諧振，抽走緩沖電容的電荷，使緩沖電容在MOSFET開關(guān)管開通前下降到零，從而使MOSFET開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通。

上述的諧振耦合式無線電能傳輸裝置的高頻功率源中，

為了使發(fā)射線圈能夠高效率地傳遞能量給接收線圈，并使MOSFET開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通，發(fā)射線圈和第一調(diào)諧電容諧振時的頻率f₁，發(fā)射線圈、第一調(diào)諧電容與緩沖電容諧振時的頻率f₂，接收線圈和第二調(diào)諧電容諧振時的頻率f₃，MOSFET開關(guān)管的開關(guān)頻率f_S要滿足以下關(guān)系：f₁<f₃＝f_S<f₂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低。該高頻功率源由直流電壓源供電，通過開關(guān)管的導通和關(guān)斷將直流電壓斬波成高頻脈沖波，并在開關(guān)管的導通期間通過LC諧振，和在開關(guān)管的關(guān)斷期間通過LCC諧振將高頻脈沖波濾波成高頻正弦交流電，該正弦交流電通過發(fā)射線圈和接收線圈的諧振耦合傳遞給負載，實現(xiàn)能量的無線傳輸。在開關(guān)管關(guān)斷瞬間通過電容的緩沖作用實現(xiàn)近似零電壓關(guān)斷，并在開關(guān)管關(guān)斷期間通過LCC諧振抽走開關(guān)管并聯(lián)電容的電荷，使開關(guān)管在開通前被箝位在零電位，從而實現(xiàn)零電壓開通，因此開關(guān)管可以實現(xiàn)軟開關(guān)，使開關(guān)損耗降至零，非常適合用作無線電能傳輸裝置的發(fā)射線圈的交流激勵源。

附圖說明

圖1為諧振耦合式無線電能傳輸裝置的高頻功率源電路圖。

圖2為本發(fā)明實施方式中的主要電流、電壓波形圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步描述，但本發(fā)明的實施和保護不限于此。