一種基于電流控制的無線充電系統的制作方法
【專利摘要】一種基于電流控制的無線充電系統，包括：控制模塊，輸入模塊，第一整流模塊，第一變換模塊，初級補償模塊，一次側耦合線圈，第一識別模塊，次級補償模塊，二次側耦合線圈，第二整流模塊，第二識別模塊，負載模塊，通過一、二次側的補償模塊來充分調節電能質量，通過識別模塊來對無線充電過程進行控制，確保所述無線充電系統高效、安全、可靠地運行。
【專利說明】
一種基于電流控制的無線充電系統
技術領域
[0001]本發明涉及無線充電領域，具體是一種應用于電網的基于電流控制的無線充電系統。
【背景技術】
[0002]隨著人工智能技術的不斷發展，類似機器人這樣的智能裝置廣泛應用于各行各業，尤其在一些高危敏感的作業區域，使用智能裝置可以提高工作效率和可靠性。就電力系統領域來說，使用智能裝置獲取換流站現場活動的信息并與換流站設備上安裝的固定狀態測量裝置采集的數據進行對比，提前掌握設備健康狀況、發現設備運行過程的變化趨勢，智能裝置與操作人員相比在穩定性和可靠性上具有很多優勢。但是智能裝置的工作離不開電池穩定可靠的供電，因此需要滿足智能裝置供電電池能夠快速、方便地實現電池的充電。目前，其電池充電方法主要有兩種:有線充電(接觸式充電)和無線充電(非接觸式充電)，其中，有線充電的能量轉化率遠高于無線充電，但是，因無線充電技術能有效克服有線充電技術存在的設備移動靈活性差、環境不美觀、容易產生接觸火花、供電線暴露等問題，能夠消除安全隱患，提高供電過程的安全性，無線充電技術受到推崇。目前，無線電能傳輸大致可分為:電磁感應式、電磁福射式和磁親合諧振式；電磁感應式屬于松散式親合結構，類似于分離變壓器，其系統能耗達到40 %左右，能量轉換率低；電磁輻射式是一種遠場輻射能量傳輸，易發散，傳輸效率低，傳輸功率為毫瓦級，且易對人體產生危害;磁耦合諧振式可以在幾米的范圍內實現高效能量傳輸。
[0003]磁耦合諧振電路是利用兩個發生諧振的電路感應磁場變化，實現能量傳遞。根據諧振耦合電路的工作原理不難得出，當發射回路與接收回路諧振頻率一致時，大部分能量由發射回路傳遞到接收回路，可實現電能的高效傳輸。但是磁耦合無線充電技術在工作過程中容易出現過壓、過流和過熱的現象，會損壞磁耦合線圈的性能，影響使用壽命，還容易觸發安全問題，因此有必要對換流站使用的磁耦合無線充電系統進行硬件和軟件的優化，通過電路的改良和控制優化來提高其安全性和穩定性，延長使用壽命。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的缺陷，本發明提供一種在換流站電能無線傳輸中，能夠確保發射電路與接收電路安全可靠的無線充電系統。本發明采用技術方案如下:一種基于電流控制的無線充電系統，包括:
[0005]輸入模塊，具有輸入端口和開關器件，用于從換流站的交流母線獲取工頻的交流電源；
[0006]第一整流模塊，采用功率開關器件，用于將輸入模塊輸入的交流電源整流為直流電源，并將該直流電源的輸出電壓控制在額定電壓等級；
[0007]第一變換模塊，用于將第一整流模塊輸出的額定電壓等級的直流電源變換為高頻交流電源；
[0008]初級補償模塊，用于完成初級線圈側的無功補償，其在第一變換模塊的輸出端串聯電感以及并聯電容；
[0009]—次側耦合線圈，當經過初級補償模塊補償的交流電源輸入時，在一次側耦合線圈產生自磁通和自磁鏈，并產生自感電壓；
[0010]第一識別模塊，取樣一次側耦合線圈的電壓大小變化并反饋給控制模塊，其包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器。
[0011]控制模塊，用于接收無線充電系統的電路狀態信息，并根據狀態信息進行判斷和發出控制指令，所述電路狀態信息包括電壓信號、電流信號、溫度信號。
[0012 ]所述基于電流控制的無線充電系統還包括:
[0013]次級補償模塊，用于次級線圈側的無功補償，其在第一變換模塊的輸出端串聯電感以及并聯電容；
[0014]二次側耦合線圈，用于耦合一次級側線圈產生的電磁場并進而轉換成電能，其輸出端連接次級補償模塊的輸入端；
[0015]第二整流模塊，采用功率開關器件，用于將次級補償模塊輸出的交流電源整流為直流電源，并將該直流電源的輸出電壓控制在額定電壓等級；
[0016]第二識別模塊，取樣次級側線圈的電壓大小變化并反饋給控制模塊，其包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器。
[0017]負載模塊，具有輸入端口和開關器件，用于消耗第二整流模塊輸出的直流電能。
[0018]所述輸入模塊、第一整流模塊、第一變換模塊、初級補償模塊、一次側耦合線圈、第一識別模塊組成一次側電路。
[0019]所述次級補償模塊、二次級側耦合線圈、第二整流模塊、第二識別模塊組成二次側電路。
[0020]第一識別模塊和第二識別模塊均連接無線充電系統的控制模塊。
[0021]所述一次側電路還包括:開關電路、濾波電路、穩壓電路、驅動電路、諧振電路，所述濾波電路包括至少一個電容、所述穩壓電路至少包括齊納二極管、三極管、電阻，所述穩壓電路采用LM317集成穩壓芯片，其還包括輸入電容、輸出電容、調壓電阻，所述驅動電路包括單片機構成的控制單元、所述諧振電路為LC并聯諧振電路。
[0022]所述二次側電路還包括:諧振電路、MOS開關管構成的開關電路、降壓穩壓電路、驅動電路，所述降壓穩壓電路用于使二次側輸出的電壓能夠滿足負載的電壓要求，所述驅動電路包括單片機構成的控制單元。
[0023]所述第一識別模塊設置有電流報警指示器和溫度報警指示器，每個指示器還配備一個互不相同的警報聲音。
[0024]本發明的有益效果是:通過無線充電系統硬件電路的優化使得電路結構更加合理完善，在一次側和二次側均設置補償模塊充分提高電路的電能質量，使得電能質量雙側呼應，有效降低諧波影響;通過設置一次側和二次側的識別模塊，能夠有效監控磁耦合線圈的工作狀態，并根據監控的狀態信息實時作出電路調節，有效提高了電路的效率、安全性、可靠性。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。
[0026]圖1為本申請的系統結構圖；
[0027]圖2為本申請一次側電路的穩壓電路的電路拓撲。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0029]參見圖1和圖2。一種基于電流控制的無線充電系統，包括:
[0030]輸入模塊，具有輸入端口和開關器件，用于從換流站的交流母線獲取工頻的交流電源；
[0031]第一整流模塊，采用功率開關器件，用于將輸入模塊輸入的交流電源整流為直流電源，并將該直流電源的輸出電壓控制在額定電壓等級；
[0032]第一變換模塊，用于將第一整流模塊輸出的額定電壓等級的直流電源變換為高頻交流電源；
[0033]初級補償模塊，用于完成初級線圈側的無功補償，其在第一變換模塊的輸出端串聯電感以及并聯電容；
[0034]—次側耦合線圈，當經過初級補償模塊補償的交流電源輸入時，在一次側耦合線圈產生自磁通和自磁鏈，并產生自感電壓；
[0035]第一識別模塊，取樣一次側耦合線圈的電壓大小變化并反饋給控制模塊，其包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器；
[0036]控制模塊，用于接收無線充電系統的電路狀態信息，并根據狀態信息進行判斷和發出控制指令，所述電路狀態信息包括電壓信號、電流信號、溫度信號。
[0037]所述基于電流控制的無線充電系統還包括:
[0038]次級補償模塊，用于次級線圈側的無功補償，其在第一變換模塊的輸出端串聯電感以及并聯電容；
[0039]二次側耦合線圈，用于耦合一次級側線圈產生的電磁場并進而轉換成電能，其輸出端連接次級補償模塊的輸入端；
[0040]第二整流模塊，采用功率開關器件，用于將次級補償模塊輸出的交流電源整流為直流電源，并將該直流電源的輸出電壓控制在額定電壓等級；
[0041]第二識別模塊，取樣次級側線圈的電壓大小變化并反饋給控制模塊，其包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器。
[0042]負載模塊，具有輸入端口和開關器件，用于消耗第二整流模塊輸出的直流電能。
[0043]所述輸入模塊、第一整流模塊、第一變換模塊、初級補償模塊、一次側耦合線圈、第一識別模塊組成一次側電路。
[0044]所述次級補償模塊、二次級側耦合線圈、第二整流模塊、第二識別模塊組成二次側電路。
[0045]第一識別模塊和第二識別模塊均連接無線充電系統的控制模塊。
[0046]所述一次側電路還包括:開關電路、濾波電路、穩壓電路、驅動電路、諧振電路，所述濾波電路包括至少一個電容、所述穩壓電路至少包括齊納二極管、三極管、電阻，所述穩壓電路采用LM317集成穩壓芯片，其還包括輸入電容、輸出電容、調壓電阻，所述驅動電路包括單片機構成的控制單元、所述諧振電路為LC并聯諧振電路。
[0047]所述二次側電路還包括:諧振電路、MOS開關管構成的開關電路、降壓穩壓電路、驅動電路，所述降壓穩壓電路用于使二次側輸出的電壓能夠滿足負載的電壓要求，所述驅動電路包括單片機構成的控制單元。
[0048]所述第一識別模塊設置有電流報警指示器和溫度報警指示器，每個指示器還配備一個互不相同的警報聲音。
[0049]以上所揭露的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明的權利范圍，依據本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【主權項】
1.一種基于電流控制的無線充電系統，其特征在于，包括: 輸入模塊，具有輸入端口和開關器件，用于從換流站的交流母線獲取工頻的交流電源；第一整流模塊，采用功率開關器件，用于將輸入模塊輸入的交流電源整流為直流電源，并將該直流電源的輸出電壓控制在額定電壓等級； 第一變換模塊，用于將第一整流模塊輸出的額定電壓等級的直流電源變換為高頻交流電源； 初級補償模塊，用于完成初級線圈側的無功補償，其在第一變換模塊的輸出端串聯電感以及并聯電容； 一次側耦合線圈，當經過初級補償模塊補償的交流電源輸入時，在一次側耦合線圈產生自磁通和自磁鏈，并產生自感電壓； 第一識別模塊，取樣一次側耦合線圈的電壓大小變化并反饋給控制模塊，其包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器； 控制模塊，用于接收無線充電系統的電路狀態信息，并根據狀態信息進行判斷和發出控制指令，所述電路狀態信息包括電壓信號、電流信號、溫度信號。2.根據權利要求1所述的基于電流控制的無線充電系統，其特征在于，所述基于電流控制的無線充電系統還包括: 次級補償模塊，用于次級線圈側的無功補償，其在第一變換模塊的輸出端串聯電感以及并聯電容； 二次側耦合線圈，用于耦合一次級側線圈產生的電磁場并進而轉換成電能，其輸出端連接次級補償模塊的輸入端； 第二整流模塊，采用功率開關器件，用于將次級補償模塊輸出的交流電源整流為直流電源，并將該直流電源的輸出電壓控制在額定電壓等級； 第二識別模塊，取樣次級側線圈的電壓大小變化并反饋給控制模塊，其包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器； 負載模塊，具有輸入端口和開關器件，用于消耗第二整流模塊輸出的直流電能。3.根據權利要求2所述的基于電流控制的無線充電系統，其特征在于，所述輸入模塊、第一整流模塊、第一變換模塊、初級補償模塊、一次側耦合線圈、第一識別模塊組成一次側電路;所述次級補償模塊、二次級側耦合線圈、第二整流模塊、第二識別模塊組成二次側電路。4.根據權利要求3所述的基于電流控制的無線充電系統，其特征在于，第一識別模塊和第二識別模塊均連接無線充電系統的控制模塊。5.根據權利要求4所述的基于電流控制的無線充電系統，其特征在于，所述一次側電路還包括:開關電路、濾波電路、穩壓電路、驅動電路、諧振電路，所述濾波電路包括至少一個電容、所述穩壓電路至少包括齊納二極管、三極管、電阻，所述穩壓電路采用LM317集成穩壓芯片，其還包括輸入電容、輸出電容、調壓電阻，所述驅動電路包括單片機構成的控制單元、所述諧振電路為LC并聯諧振電路。6.根據權利要求5所述的基于電流控制的無線充電系統，其特征在于，所述二次側電路還包括:諧振電路、MOS開關管構成的開關電路、降壓穩壓電路、驅動電路，所述降壓穩壓電路用于使二次側輸出的電壓能夠滿足負載的電壓要求，所述驅動電路包括單片機構成的控制單元。
【文檔編號】H02J5/00GK106059020SQ201610462544
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】鄧星藝
【申請人】鄧星藝