CN103023160A - 用于印刷电路板的无线供电*** - Google Patents

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朱春波
郭尧
逯仁贵
魏国
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Abstract

用于印刷电路板的无线供电***，涉及无线电能传输领域。它是为了解决现有采用外接电源线的供电方式导致的走线复杂、供电质量差，以及印刷电路板的抗干扰能力差的问题。它的发射电路用于将直流电逆变成频率为f的交流电，并发出频率为f的交变磁场；每个接收电路均用于感应发射电路所产生的交变磁场，并产生频率为f的交流电，所述交流电经整流稳压后为一个分支电路供电。本发明适用于印刷电路板的无线供电。

Description

用于印刷电路板的无线供电***
技术领域
本发明涉及无线电能传输领域。
背景技术
一块印刷电路板上往往有若干电路，这些电路的供电来自电源电路引出的电源线。当一个电路板上的用电分支较多时，走线就变得较为复杂，并且占用较多的印刷电路板空间。此外，在实际使用中，诸如继电器、高频开关电路等，均会增加电源纹波，对电源质量产生影响，从而影响别的电路工作。为了减少不同电路之间的相互干扰，往往在一些分支电路进行电气隔离。传统的隔离方法主要是采用隔离电源，但是隔离电源成本较高，并且因其内部具有变压器，因此体积较大。
发明内容
本发明是为了解决现有采用外接电源线的供电方式导致的走线复杂、供电质量差，以及印刷电路板的抗干扰能力差的问题，从而提供用于印刷电路板的无线供电***。
用于印刷电路板的无线供电***，其特征是：它包括发射电路1和n个接收电路3；所述发射电路1和n个接收电路3均设置在印刷电路板10上；n为正整数；
所述发射电路1用于将直流电逆变成频率为f的交流电，并发出频率为f的交变磁场；
每个接收电路3均用于感应发射电路1所产生的交变磁场，并产生频率为f的交流电，所述交流电经整流稳压后为一个分支电路供电。
它还包括M个中继电路2；中继电路2设置在印刷电路板10上；
中继电路2用于感应发射电路1产生的交变磁场并发生谐振，改善波形并增大所形成的谐振电流，进而增强交变磁场的强度，保证每个接收电路3均能够接收到交变磁场；M为正整数。
发射电路1包括谐振发射电路11、逆变电路12和电源13；所述谐振发射电路11包括一号线圈111和一号电容组112；
电源13用于给逆变电路12提供直流电；所述逆变电路12的两个输出端分别与一号线圈111的两端连接；一号电容组112与一号线圈111并联或串联连接。
每个接收电路3均包括谐振接收电路31和整流稳压电路32；所述谐振接收电路31包括三号线圈311和三号电容组312；
三号线圈311的两端分别与整流稳压电路32的两个输入端连接；三号电容组312并联在整流稳压电路32的两个输入端之间。
中继电路2包括二号线圈21和二号电容组22；所述二号线圈21的两端分别与二号电容组22的两端连接。
一号线圈111、M个二号线圈21和n个三号线圈311均采用印刷电路板的覆铜层实现。
一号线圈（111）、M个二号线圈（21）和n个三号线圈（311）均为内置线圈或外置线圈，所述内置线圈是采用印刷电路板的覆铜层形成的线圈，所述外置线圈是采用导线绕制形成的线圈。
频率f的范围为10KHz-10MHz。
用于印刷电路板的无线供电***是分立式结构或嵌套式结构。
所述分立式结构为：一号线圈111、M个二号线圈21和n个三号线圈311在印刷电路板上的投影面彼此分离。
所述嵌套式结构为：M个二号线圈21和n个三号线圈311在印刷电路板上的投影面均位于一号线圈111的在垂直方向的投影面内。
有益效果：本发明采用谐振式无线电能传输技术，实现了电路板上各分支电路的无线供电，简化了印刷电路板走线，节省板上空间。并且无线供电实现了良好的电气隔离，提升了印刷电路板的抗干扰能力。发明供电质量好，并且彻底去处了印刷电路板上的隔离电源，大幅度降低成本、减小了印刷电路板供电装置的体积。
附图说明
图1是本发明采用分立式布局的结构示意图；图2是本发明采用嵌套式布局的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，用于印刷电路板的无线供电***，它包括发射电路1和n个接收电路3；所述发射电路1和n个接收电路3均设置在印刷电路板10上；n为正整数；
所述发射电路1用于将直流电逆变成频率为f的交流电，并发出频率为f的交变磁场；
每个接收电路3均用于感应发射电路1所产生的交变磁场，并产生频率为f的交流电，所述交流电经整流稳压后为一个分支电路供电。
本实施方式一号线圈与一号电容组、三号线圈与三号电容组也可以是串联连接。
当分支电路间不共地、需要电气隔离时，每一个分支电路都需要一个接收电路；当分支电路间无需电气隔离，但所需供电电压不同时，可以每一个分支电路都设置一个接收电路，也可以一个接收电路整流后并联连接几个不同稳压值的稳压电路。
当分支电路间无需电气隔离且供电电压相同，但距离较远或走线不便时，可以分别设置一个接收电路。
逆变电路的功率按如下要求设计：
将谐振接收电路和中继电路的阻抗等效到发射电路，并加上谐振发射电路的阻抗，所得的和作为等效负载阻抗；
在输入电压为电源电压，负载为等效负载阻抗的条件下，逆变电路的输出功率应大于额定条件下各分支电路所需功率与传输损耗功率之和。
可以通过调整电源输出的直流电压来改变接收电路的输出功率。
工作原理：电路工作时，逆变电路将电源输出的直流电转换为频率为f的交流电，为谐振发射电路提供能量。谐振发射电路向外界发出频率为f的交变磁场。中继电路与谐振发射电路产生的交变磁场发生谐振，改善波形并增大所形成的谐振电流，使距离较远的接收电路也能接收到交变磁场。谐振接收电路接收到交变磁场，在线圈中产生同样频率为f的交流电，该交流电经整流稳压后给分支电路供电。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、传统的印刷电路板上各电路供电来自电源引出的电源线，本发明采用谐振式无线电能传输技术，实现了电路板上各分支电路的无线供电，简化了印刷电路板走线，节省板上空间。
2、无线供电实现了良好的电气隔离，提升了印刷电路板的抗干扰能力。
3、取代了印刷电路板上的隔离电源，降低成本、减小体积。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，它还包括M个中继电路2；中继电路2设置在印刷电路板10上；
中继电路2用于感应发射电路1产生的交变磁场并发生谐振，改善波形并增大所形成的谐振电流，进而增强交变磁场的强度，保证每个接收电路3均能够接收到交变磁场；M为正整数。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式二所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，发射电路1包括谐振发射电路11、逆变电路12和电源13；所述谐振发射电路11包括一号线圈111和一号电容组112；
电源13用于给逆变电路12提供直流电；所述逆变电路12的两个输出端分别与一号线圈111的两端连接；一号电容组112与一号线圈111并联或串联连接。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，每个接收电路3均包括谐振接收电路31和整流稳压电路32；所述谐振接收电路31包括三号线圈311和三号电容组312；
三号线圈311的两端分别与整流稳压电路32的两个输入端连接；三号电容组312并联在整流稳压电路32的两个输入端之间。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式四所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，中继电路2包括二号线圈21和二号电容组22；所述二号线圈21的两端分别与二号电容组22的两端连接。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，一号线圈111、M个二号线圈21和n个三号线圈311均为内置线圈或外置线圈，所述内置线圈是采用印刷电路板的覆铜层形成的线圈，所述外置线圈是采用导线绕制形成的线圈。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式六所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，频率f的范围为10KHz-10MHz。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式七所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，用于印刷电路板的无线供电***是分立式结构或嵌套式结构。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式八所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，所述分立式结构是指：一号线圈111、M个二号线圈21和n个三号线圈311在印刷电路板上的投影面彼此分离。
在传输功率最大点，谐振接收电路与邻近的中继电路或谐振发射电路的耦合系数小于0.25时，采用分立式布局结构。
具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式八所述的用于印刷电路板的无线供电***的区别在于，所述嵌套式结构是指：M个二号线圈21和n个三号线圈311在印刷电路板上的投影面均位于一号线圈111的在垂直方向的投影面内。
在传输功率最大点，谐振发射电路和谐振接收电路的耦合系数大于0.25时，采用嵌套式布局结构。

Claims (10)

1.用于印刷电路板的无线供电***，其特征是：它包括发射电路（1）和n个接收电路（3）；所述发射电路（1）和n个接收电路（3）均设置在印刷电路板（10）上；n为正整数；
所述发射电路（1）用于将直流电逆变成频率为f的交流电，并发出频率为f的交变磁场；
每个接收电路（3）均用于感应发射电路（1）所产生的交变磁场，并产生频率为f的交流电，所述交流电经整流稳压后为一个分支电路供电。
2.根据权利要求1所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于它还包括M个中继电路（2）；中继电路（2）设置在印刷电路板（10）上；
中继电路（2）用于感应发射电路（1）产生的交变磁场并发生谐振，改善波形并增大所形成的谐振电流，进而增强交变磁场的强度，保证每个接收电路（3）均能够接收到交变磁场；M为正整数。
3.根据权利要求1所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于发射电路（1）包括谐振发射电路（11）、逆变电路（12）和电源（13）；所述谐振发射电路（11）包括一号线圈（111）和一号电容组（112）；
电源（13）用于给逆变电路（12）提供直流电；所述逆变电路（12）的两个输出端分别与一号线圈（111）的两端连接；一号电容组（112）与一号线圈（111）并联或串联连接。
4.根据权利要求3所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于每个接收电路（3）均包括谐振接收电路（31）和整流稳压电路（32）；所述谐振接收电路（31）包括三号线圈（311）和三号电容组（312）；
三号线圈（311）的两端分别与整流稳压电路（32）的两个输入端连接；三号电容组（312）并联在整流稳压电路（32）的两个输入端之间。
5.根据权利要求4所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于中继电路（2）包括二号线圈（21）和二号电容组（22）；所述二号线圈（21）的两端分别与二号电容组（22）的两端连接。
6.根据权利要求5所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于一号线圈（111）、M个二号线圈（21）和n个三号线圈（311）均为内置线圈或外置线圈，所述内置线圈是采用印刷电路板的覆铜层形成的线圈，所述外置线圈是采用导线绕制形成的线圈。
7.根据权利要求6所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于频率f的范围为10KHz-10MHz。
8.根据权利要求7所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于用于印刷电路板的无线供电***是分立式结构或嵌套式结构。
9.根据权利要求8所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于，所述分立式结构是指：一号线圈（111）、M个二号线圈（21）和n个三号线圈（311）在印刷电路板上的投影面彼此分离。
10.根据权利要求8所述的用于印刷电路板的无线供电***，其特征在于，所述嵌套式结构是指：M个二号线圈（21）和n个三号线圈（311）在印刷电路板上的投影面均位于一号线圈（111）的在垂直方向的投影面内。
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