自適應磁共振無線充電器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及到無線充電技術，具體地說，是一種自適應磁共振無線充電器。
【背景技術】
[0002]無線充電系統分為電場耦合無線充電系統、電磁耦合無線充電系統、磁共振耦合無線充電系統和無線電波無線充電系統，其中電磁耦合無線充電系統和磁共振耦無線充電系統的已經得到了廣泛的使用，但基于感應式磁耦合的無線充電系統仍然存在著一些缺陷:
[0003]A)能量收發兩端需要嚴格對齊，當發送線圈和接收線圈在位置上稍有偏移，接收端的接收功率將大幅度降低，傳輸范圍大多處于毫米級；
[0004]B)出于對接收端在充電時的安全性和有效性的考慮，能量抵達接收端時必須保證在一定功率范圍以內，所以要求接收端在充電時保持在一定相對距離上，這造成了充電過程中的靈活性低；
[0005]C)目前無線充電器產品仍然沒有統一的標準，所以用電設備必須使用與之匹配的充電器進行充電，這造成充電不方便。
【實用新型內容】
[0006]針對現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種自適應磁共振無線充電器，該充電器采用諧振式磁耦合技術取代感應式耦合來將傳輸距離擴展到厘米級甚至米級，弓丨入DC-DC轉換模塊來實現功率的自適應調節，同時使用Royer振蕩器原理來完成諧振頻率在距離上的自適應跟蹤，使得無線充電更加自由、方便。
[0007]為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0008]一種自適應磁共振無線充電器，其關鍵在于:設置有直流電源模塊、DC-DC變換模塊、自激振蕩電路以及LC諧振網絡，所述直流電源模塊輸出的直流電源經過DC-DC變換模塊后送入自激振湯電路中，在自激振湯電路的輸出端連接所述LC諧振網絡；
[0009]所述自激振蕩電路包括MOS管Q1、M0S管Q2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4以及二極管Dl和二極管D2，所述LC諧振網絡是由發射線圈和諧振電容Cl構成的并聯諧振網絡;
[0010]所述電阻Rl與電阻R2組成分壓電路連接在DC-DC變換模塊輸出的電源端和接地端之間，電阻Rl和電阻R2的公共端與MOS管Ql的柵極連接，同時電阻Rl和電阻R2的公共端正向連接二極管D2后接諧振電容Cl的第一端，MOS管Ql的源極接地，MOS管Ql的漏極接諧振電容Cl的第二端；
[0011 ] 所述電阻R3與電阻R4組成分壓電路連接在DC-DC變換模塊輸出的電源端和接地端之間，電阻R3和電阻R4的公共端與MOS管Q2的柵極連接，同時電阻R3和電阻R4的公共端正向連接二極管Dl后接諧振電容Cl的第二端，MOS管Q2的源極接地，MOS管Q2的漏極接諧振電容Cl的第一端；
[0012]所述發射線圈由中間的抽頭分為了線圈L2和線圈L3，發射線圈中間的抽頭還經過扼流線圈LI與所述DC-DC變換模塊輸出的電源端相連。
[0013]基于上述設計，DC-DC變換模塊可以根據檢測到的負載狀況自適應的調整輸出功率，當收發線圈處于強磁耦合情況下，線圈間的相對位置和角度的改變會導致電路的阻抗特性發生改變，進而引起系統最佳諧振頻率的偏移，導致系統傳輸功率的下降，本方案將自激振蕩電路與LC諧振網絡組成Royer振蕩器，可以對距離變化時的最佳諧振頻率點進行跟蹤，因為Royer振蕩器的諧振頻率總是由LC諧振網絡的阻抗特性決定的，當系統耦合系數發生改變時，LC諧振網絡的阻抗特性會發生相應的變化，從而使系統總能保持在諧振狀態，維持其較高的傳輸效率。
[0014]作為進一步描述，所述DC-DC變換模塊連接有控制單元，該控制單元根據負載的功率需求調整所述DC-DC變換模塊的輸出功率。
[0015]更進一步的，所述MOS管Ql和MOS管Q2的型號均為N溝道增強型M0SFET，型號為IRFP250N。
[0016]本實用新型的顯著效果是:采用諧振式磁耦合技術，將傳輸距離達到了厘米級甚至米級，即使收發諧振線圈之間存在一定角度偏移，二者仍能保持較高的功率傳輸，無線充電更加自由；在交流逆變模塊前引入DC-DC變化模塊，可以方便有效地調節交流信號的輸出功率，實現了功率的自適應傳輸；使用R0yer振蕩器的原理，實現了諧振頻率在距離上的自適應跟蹤，從而使系統總能保持在諧振狀態，提高了傳輸效率。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的電路原理框圖；
[0018]圖2是圖1中自激振蕩器與LC諧振網絡組成Royer振蕩器的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0020]如圖1-圖2所示，一種自適應磁共振無線充電器，設置有直流電源模塊、DC-DC變換模塊、自激振蕩電路以及LC諧振網絡，所述直流電源模塊輸出的直流電源經過DC-DC變換豐旲塊后送入自激振湯電路中，在自激振湯電路的輸出端連接所述LC諧振網絡；
[0021]所述自激振蕩電路包括MOS管Q1、M0S管Q2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4以及二極管Dl和二極管D2，所述LC諧振網絡是由發射線圈和諧振電容Cl構成的并聯諧振網絡;
[0022]所述電阻Rl與電阻R2組成分壓電路連接在DC-DC變換模塊輸出的電源端和接地端之間，電阻Rl和電阻R2的公共端與MOS管Ql的柵極連接，同時電阻Rl和電阻R2的公共端正向連接二極管D2后接諧振電容Cl的第一端，MOS管Ql的源極接地，MOS管Ql的漏極接諧振電容Cl的第二端；
[0023]所述電阻R3與電阻R4組成分壓電路連接在DC-DC變換模塊輸出的電源端和接地端之間，電阻R3和電阻R4的公共端與MOS管Q2的柵極連接，同時電阻R3和電阻R4的公共端正向連接二極管Dl后接諧振電容Cl的第二端，MOS管Q2的源極接地，MOS管Q2的漏極接諧振電容Cl的第一端；
[0024]所述發射線圈由中間的抽頭分為了線圈L2和線圈L3，發射線圈中間的抽頭還經過扼流線圈LI與所述DC-DC變換模塊輸出的電源端相連。
[0025]通過圖1可以看出，所述DC-DC變換模塊連接有控制單元，該控制單元根據負載的功率需求調整所述DC-DC變換模塊的輸出功率。
[0026]通過圖2可以看出，所述MOS管Ql和MOS管Q2的型號均為IRFP250N，二極管Dl和二極管D2的型號均為HER307。
[0027]本實用新型的工作原理如下:
[0028]DC-DC變化模塊可以根據不同的負載情況實現功率調節，圖2中VCC通常是一個12V的直流電源，電流可以通過Rl流到Q1，也可以通過R4流到Q2，其實這是一條上下對稱的電路。由于MOS管的個體差異，其導通速度稍有差別。所以這里假設電流流經R4和R3后，R3兩端電壓差超過了 Q2的導通電壓，則Q2先導通。由于MOS管漏極和源極之間電阻極小，所以Q2漏極電位接近為零，此時二極管D2導通，鉗制Ql的柵極和源極之間的電壓到0.7V，使之無法達到Ql的導通電壓，此時Ql為截止狀態。這時直流電源通過線圈L2對諧振電容Cl進行充電，此時Ql漏極電壓逐漸增大，Cl電充滿后，開始向線圈L2、L3放電，Ql漏極電壓就逐漸減小，當Cl放電完畢時，就完成了輸出交流電的正半周；C1放電完畢的瞬間，Ql漏極電壓電位為零，所以二極管Dl導通，MOS管Ql導通，這時Q2的柵源極電壓也就小于導通電壓，Q2截止。直流電通過L3對電容Cl進行充電，Q2漏極電壓逐漸增大，Cl電充滿后開始向電感放電，Q2漏極電壓又開始減小，直到放電結束，Q2漏極電壓逐漸變為零，這樣就完成了交流電的負半周。整個振蕩電路的振蕩周期為2 Ji /Wtl，其中Wtl指的是振蕩電路的諧振頻率。如此周而復始，Ql和Q2交替導通，就產生了周期一定的正弦波，然后交流電通過發射線圈，產生交變磁場。
[0029]當收發兩端處于強耦合狀態時，收發線圈的相對移動會使發送端LC振蕩回路阻抗特性發生變化，自激振蕩諧振頻率隨阻抗特性變化發生偏移，完成頻率跟蹤。
【主權項】
1.一種自適應磁共振無線充電器，其特征在于:設置有直流電源模塊、DC-DC變換模塊、自激振蕩電路以及LC諧振網絡，所述直流電源模塊輸出的直流電源經過DC-DC變換模塊后送入自激振湯電路中，在自激振湯電路的輸出端連接所述LC諧振網絡； 所述自激振蕩電路包括MOS管Q1、M0S管Q2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4以及二極管Dl和二極管D2，所述LC諧振網絡是由發射線圈和諧振電容Cl構成的并聯諧振網絡；所述電阻Rl與電阻R2組成分壓電路連接在DC-DC變換模塊輸出的電源端和接地端之間，電阻Rl和電阻R2的公共端與MOS管Ql的柵極連接，同時電阻Rl和電阻R2的公共端正向連接二極管D2后接諧振電容Cl的第一端，MOS管Ql的源極接地，MOS管Ql的漏極接諧振電容Cl的第二端； 所述電阻R3與電阻R4組成分壓電路連接在DC-DC變換模塊輸出的電源端和接地端之間，電阻R3和電阻R4的公共端與MOS管Q2的柵極連接，同時電阻R3和電阻R4的公共端正向連接二極管Dl后接諧振電容Cl的第二端，MOS管Q2的源極接地，MOS管Q2的漏極接諧振電容Cl的第一端； 所述發射線圈由中間的抽頭分為了線圈L2和線圈L3，發射線圈中間的抽頭還經過扼流線圈LI與所述DC-DC變換模塊輸出的電源端相連。2.根據權利要求1所述的自適應磁共振無線充電器，其特征在于:所述DC-DC變換模塊連接有控制單元，該控制單元根據負載的功率需求調整所述DC-DC變換模塊的輸出功率。3.根據權利要求1所述的自適應磁共振無線充電器，其特征在于:所述MOS管Ql和MOS管Q2的型號均為N溝道增強型M0SFET，型號為IRFP250N。
【專利摘要】本實用新型公開了自適應磁共振無線充電器，其特征在于：設置有直流電源模塊、DC-DC變換模塊、自激振蕩電路以及LC諧振網絡，所述直流電源模塊輸出的直流電源經過DC-DC變換模塊后送入自激振蕩電路中，在自激振蕩電路的輸出端連接所述LC諧振網絡；其顯著效果是：采用諧振式磁耦合技術，將傳輸距離達到了厘米級甚至米級，即使收發諧振線圈之間存在一定角度偏移，二者仍能保持較高的功率傳輸，無線充電更加自由；在交流逆變模塊前引入DC-DC變化模塊，可以方便有效地調節交流信號的輸出功率，實現了功率的自適應傳輸；使用Royer振蕩器的原理，實現了諧振頻率在距離上的自適應跟蹤，從而使系統總能保持在諧振狀態，提高了傳輸效率。
【IPC分類】H02J7/00, H02J17/00
【公開號】CN204652001
【申請號】CN201520406546
【發明人】曾孝平, 王茂, 熊東, 于安寧, 陳毅, 馬明靜, 石紹輝, 金平米, 朱周梅, 溫凱, 黃友冬
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月11日