專利名稱：一種無線輸電裝置的高頻電源系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高頻電源系統，屬于無線能量傳輸、高頻電源技術領域。
背景技術：
近年來科技的不斷發展，越來越多的電子設備為我們的生活帶來便捷的同時，也受到眾多電源線和數據線的困擾，這就迫使我們尋找一種新的能量傳輸方式來避免眾多復雜的電源線等。因此無線電能傳輸作為一種新的能量傳輸方式正逐漸受到人們的重視，它有十分重要的應用價值及開發前景，對能量的供應方式和人們的生活產生難以估量的影響。目前，具有較好應用前景的無線輸電技術是基于磁耦合諧振技術實現的無線充電系統，而該系統一般工作在幾MHz到幾十MHz之間，現有的功率電源一般多在幾百到幾十千赫茲之間。而MHz輸出的功率電源比較昂貴，且設計復雜，多采用電子器件多級放大的方式實現。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足之處，提供一種新型的高頻小范圍可調的功率電源的設計方法及其解決方案，能有效地實現千W級功率輸出， 并可實現輸出頻率的調節。本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案一種無線輸電裝置用高頻電源系統，其包括電源控制單元、升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元；其中，電源控制單元將輸入電壓進行初始值調節后輸出至升壓變換電路；升壓變換電路將輸入的電壓進行升壓處理后輸出至高壓整流電路；高壓整流電路對升壓變換電路處理后的電壓進行整流操作得到高壓直流電，然后將高壓直流電輸出至高頻振蕩單元；高頻振蕩單元采用高頻振蕩原理將高壓直流電經過振蕩變為高頻高壓的交流電輸出，作為無線輸電系統中的高頻電源。進一步的，本實用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統中，所述升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元中均設有電壓和電流采集電路，所述電壓和電流采集電路分別采集上述各單元的電壓、電流的相位、幅值、頻率，然后分別將上述各單元的電壓、電流的相位、幅值和頻率信號反饋至電源控制單元，經過電源控制單元與給定輸出值進行對比，然后控制改變各單元的電壓和電流，完成系統的閉環調節。進一步的，本實用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統中，所述電源控制單元是由IGBT組成的三相調壓系統，通過對升壓變換電路、高壓整流電路及高頻振蕩單元的反饋信號進行對比，給定IGBT的觸發信號和確定觸發角。進一步的，本實用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統中，所述升壓變換電路采用升壓變壓器或者升壓電路實現。進一步的，本實用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統中，所述高壓整流電路采用全橋整流電路實現高壓交流電的整流。進一步的，本實用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統中，所述高頻振蕩單元采用三極管電容三點式振蕩電路。進一步的，本實用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統的高頻振蕩單元中，所述三極管電容三點式振蕩電路包括一個功率三極管、兩個真空可調電容器、一個振蕩線圈和一個發射線圈；其中真空可調電容器與振蕩線圈組成振蕩回路接入功率三極管的集電極與發射級之間，并將其中的一個真空可調電容器的兩端電壓引入功率三極管的基極，形成正反饋。進一步的，本實用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統的高頻振蕩單元中的振蕩線圈、發射線圈是空心螺旋線圈。本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果通過該電源的方案對各單元電壓電流的實時采集、檢測、調節，可根據負載諧振頻率的變化，電源系統會自動調節振蕩電路的工作頻率或手動調節振蕩回路中電容的參數， 使得該電源系統的輸出頻率發生相應的變化，為提高系統的傳輸效率起到積極的作用。
圖1是本實用新型系統總體框圖。圖2是本實用新型中電源控制單元的電路拓撲圖。圖3是本實用新型中升壓變換電路的電路拓撲圖。圖4是本實用新型中高壓整流電路的電路拓撲圖。圖5是本實用新型中高頻振蕩單元的電路拓撲圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明本實用新型所提供的方法是采用市電或動力電為輸入，經過調壓控制系統對電源的幅值進行調節，并通過升壓變化電路將控制后的電壓升到幾KV，然后對此高壓進行整流處理得到直流高壓。將此直流高壓作為振蕩電路的供電電壓，通過LC振蕩電路實現高頻電的輸出。通過改變高頻振蕩回路中電容的參數或功率三極管的工作點，實現高頻振蕩電源的調節。參照圖1所示，本實用新型由電源控制單元1、升壓變換電路2、高壓整流電路3、高頻振蕩單元4組成。以電源控制單元為核心，升壓變換電路2、高壓整流電路3、高頻振蕩單元4分別有反饋信號反饋至電源控制單元1。將市電或動力電接到電源控制單元1的輸入端，經過電源控制單元1對輸入電壓進行初始值(幅值調節、相位調節)調節輸出至升壓變換電路2的輸入端，升壓變化電路2將調整后的電壓進行升壓處理后連接輸出到高壓整流電路3的輸入端，高壓整流電路3對升壓變化電路2處理后的電壓進行整流操作得到高壓直流電，并輸出至高頻振蕩單元4的輸入端，作為高頻振蕩單元的直流電源。同時升壓變換電路2、高壓整流電路3和高頻振蕩單元4分別將相位、幅值和頻率信號反饋至電源控制單元1，經過電源控制單元1與給定輸出進行對比，完成系統的閉環調節。參照圖2所示，電源控制單元1是由IGBT組成的三相調壓系統，由晶閘管驅動單元1-1，采集與驅動單元1-2，電源控制CPU單元1-3和三個晶閘管1-4，1-5, 1-6組成。其中，采集與驅動單元1-2用來收集由升壓變換電路2、高壓整流電路3、高頻振蕩單元4反饋回來的電壓、電流的相位、幅值和頻率信號，送至電源控制CPU單元1-3中進行處理，最終形成控制信號，經過晶閘管驅動單元1-1形成可驅動晶閘管的信號驅動晶閘管1-4，1-5，1-6 工作，進而改變電源系統輸出的電壓和功率；所述的晶閘管1-4，1-5，1-6分別串接于三相電的每一相中。參照圖3所示，升壓變換電路2其主要可等效成一個三相升壓變壓器。將經過電源控制單元1變換后的三相交流電進行升壓操作。在升壓變換電路2中，每一相都有一個電壓(電流)傳感器，用來采集升壓后的電壓(電流)幅值，相位。經過合成比較后，送至電源控制單元1，由采集與驅動單元1-2收集。參照圖4所示，高壓整流電路3主要實現對升壓變換電路2的輸出電壓進行整流、 穩壓操作，同時用電壓(流)傳感器采集整流后的電壓(流)送至采集與驅動單元1-2進行下一步的分析，處理。參照圖5所示，高頻振蕩單元4采用三極管電容三點式振蕩電路或電感三點式振蕩電路實現。三極管電容三點式振蕩電路包括一個功率三極管、兩個真空可調電容器、一個振蕩線圈，其中真空可調電容器與振蕩線圈組成振蕩回路，接入功率三極管的集電極與發射級之間，并將其中的一個真空電容器的兩端電壓引入功率三極管的基極，形成正反饋。其供電電源是由高壓整流電路4的輸出提供，輸出頻率可通過調節振蕩回路中的電容值或改變功率管的工作點來實現。其中為了實現較高的振蕩頻率，不存在鐵芯損耗，振蕩線圈、發射線圈采用空心螺旋線圈。以上對本實用新型所提供的工頻電磁數據實時在線監測裝置，進行了詳細的介紹，本文中應用了具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上說明是適用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時對于本領域的普通技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述、本說明書內容不應理解對本實用新型的限制。
權利要求1.一種無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于包括電源控制單元、升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元；其中，電源控制單元將輸入電壓進行初始值調節后輸出至升壓變換電路；升壓變換電路將輸入的電壓進行升壓處理后輸出至高壓整流電路；高壓整流電路對升壓變換電路處理后的電壓進行整流操作得到高壓直流電，然后將高壓直流電輸出至高頻振蕩單元；高頻振蕩單元采用高頻振蕩原理將高壓直流電經過振蕩變為高頻高壓的交流電輸出，作為無線輸電系統中的高頻電源。
2.如權利要求1所述的無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于所述升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元中均設有電壓和電流采集電路，所述電壓和電流采集電路分別采集上述各單元的電壓、電流的相位、幅值、頻率，然后分別將上述各單元的電壓、電流的相位、幅值和頻率信號反饋至電源控制單元，經過電源控制單元與給定輸出值進行對比， 然后控制改變各單元的電壓和電流，完成系統的閉環調節。
3.如權利要求1所述的無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于所述電源控制單元是由IGBT組成的三相調壓系統，通過對升壓變換電路、高壓整流電路及高頻振蕩單元的反饋信號進行對比，給定IGBT的觸發信號和確定觸發角。
4.如權利要求1所述的無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于所述升壓變換電路采用升壓變壓器或者升壓電路實現。
5.如權利要求1的所述的無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于所述高壓整流電路采用全橋整流電路實現高壓交流電的整流。
6.如權利要求1的所述的無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于所述高頻振蕩單元采用三極管電容三點式振蕩電路。
7.如權利要求6的所述的無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于所述三極管電容三點式振蕩電路包括一個功率三極管、兩個真空可調電容器、一個振蕩線圈和一個發射線圈；其中真空可調電容器與振蕩線圈組成振蕩回路接入功率三極管的集電極與發射級之間，并將其中的一個真空可調電容器的兩端電壓引入功率三極管的基極，形成正反饋。
8.如權利要求7所述的無線輸電裝置用高頻電源系統，其特征在于所述高頻振蕩單元中的振蕩線圈、發射線圈是空心螺旋線圈。
專利摘要本實用新型公開了一種無線輸電裝置用高頻電源系統，包括電源控制系統、升壓變換電路、高壓頻整流電路、高頻振蕩單元組成。其中電源控制單元實現系統的輸入功率和輸入電壓的可調控制；升壓變換電路實現將交流低壓電升高為高壓電輸入至高壓整流電路，高壓整流電路實現直流高壓的輸出至高頻振蕩單元，作為高頻振蕩單元的直流輸入電源，為高頻振蕩單元中振蕩三極管的提供高壓直流電，高頻振蕩單元利用高頻振蕩原理振蕩輸出高頻高壓的交流電，該電源系統可產生頻率為500kHz到15MHz的高頻電源，可作為諧振式無線輸電系統中的高頻電源。
文檔編號H02M5/257GK202334327SQ20112045655
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者吉青晶, 周亞龍, 強浩, 王維, 譚林林, 趙家明, 黃學良 申請人:東南大學