CN103280901A - 一种基于无线电能传输的移动设备供电*** - Google Patents

一种基于无线电能传输的移动设备供电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其由电源、发射线圈、接收线圈、负载线圈和整流稳压***依次连接组成，发射线圈和接收线圈具有相同的螺旋结构、半径、材料和匝数，负载线圈与接收线圈同轴，整流稳压***采用不控桥式整流与DC/DC变换器组合模式，电源和发射线圈组成***的能量发射装置，接收线圈、负载线圈、整流稳压***组成能量接收装置，发射装置不断的将能量传出，接收装置接收能量为移动设备供电，本发明能够高效稳定的为便携式移动设备提供电能，解决了现有感应式无线充电***距离短、功率小以及受电装置必须与电能发射装置对齐等缺点，实现传输距离、传输功率、输出电压以及谐振频率的可调控。

Description

一种基于无线电能传输的移动设备供电***
技术领域
本发明涉及一种电能传输装置，具体是一种基于无线电能传输的移动设备供电***，属于电磁学和电力电子技术领域。
背景技术
目前家用的各种便携式移动设备（如手机、PAD、游戏机、小型移动电视等）供电方式主要依靠电池加充电器模式，由于电池的容量限制问题，移动设备需要定期进行充电或者直接借助电源适配器进行持续工作。充电器或者电源适配器都需要借助电缆和插座与移动设备进行连接，给使用者造成诸多的不便，近年来随着无线电能传输技术的发展，市场上已经出现一下移动设备的无线供电装置，这些装置大部分采用电磁感应原理进行电能的传输，虽然在一定程度上取代了电缆，实现了移动设备的无线供电，但因其传输距离仅限于几厘米，受电装置必须与电能发射装置对齐，传输功率较小等缺点未在市场上大面积推广使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线电能传输的移动设备供电***，该***主要针对移动设备的充电和持续供电需要。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其由电源、发射线圈、接收线圈、负载线圈和整流稳压***依次连接组成，所述发射线圈和接收线圈具有相同的螺旋结构、半径、材料和匝数，所述负载线圈与接收线圈同轴，所述整流稳压***采用不控桥式整流与DC/DC变换器组合模式，所述电源和发射线圈组成***的能量发射装置，接收线圈、负载线圈、整流稳压***组成能量接收装置，通过工作在相同的谐振频率下，发射装置不断的将能量传出，接收装置接收能量并进行电压变换为移动设备供电。
为实现不同传输距离和传输功率下***的最优控制方案，所述电源采用功率和频率可调的射频电源。
所述发射线圈、接收线圈和负载线圈采用螺旋结构，其中负载线圈与接收线圈严格同轴，发射线圈与接收线圈最大允许其自身半径的轴向偏移。
所述发射线圈和接收线圈采用串联-串联电容补偿结构，负载线圈与接收线圈采用隔离强耦合方式进行能量交互。
所述DC/DC变换器采用反激变换器结构，输入电压比2:1以上。
所述不控桥式整流采用四个碳化硅二极管，最高工作频率可达数兆。
所述桥式整流与DC/DC变换器之间采用两级电解电容稳压连接。
本发明的供电***利用磁耦合谐振原理，能够高效稳定的为便携式移动设备提供电能，解决了现有感应式无线充电***距离短、功率小以及受电装置必须与电能发射装置对齐等缺点，具有良好的应用前景。本发明供电***传输距离最大35cm，最大功率200W，能够实现移动设备的定期充电和连续供电工作的需求，而且能实现传输距离、传输功率、输出电压以及谐振频率的可调控。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明供电***的结构示意图。
图2为本发明供电***的等效电路图。
图3为本发明供电***中整流稳压***结构图。
具体实施方式
一种基于无线电能传输的移动设备供电***，如图1所示由电源11、发射线圈12、接收线圈14、负载线圈16和整流稳压***17依次连接组成，其中电源11和发射线圈12组成***的能量发射装置，接收线圈14、负载线圈16、整流稳压***17组成能量接收装置，通过工作在相同的谐振频率下，发射装置不断的将能量传出，接收装置接收能量并进行电压变换为移动设备18供电。
具体来说，电源11采用功率和频率可调的射频电源，实现不同传输距离和传输功率下***的最优控制方案。发射线圈12和接收线圈14具有相同的螺旋结构、半径、材料和匝数，保证其电感、电容参数的一致性，负载线圈16与接收线圈14同轴，匝数根据后面移动设备18的需要进行相应的设计。
整流稳压***17采用不控桥式整流171和DC/DC变换器172组合模式，根据前端***电压与功率的输出范围、移动设备18的输入参数要求进行设计。
本发明无线电能传输模型的等效电路如图2所示，发射电源等效为一个理想电压源21和等效电源内阻22的串联结构，发射线圈12等效为一个理想电感23和线圈内阻25的串联，由发射电源、发射线圈和补偿电容24组成能量发射电路。接收线圈和负载线圈也进行相应的等效，整流稳压***和移动设备用一个等效的负载211进行模拟，如图2所示，发射线圈与接收线圈采用串联-串联电容补偿结构，负载线圈与接收线圈采用隔离强耦合方式进行能量交互。
本发明所述发射线圈12、接收线圈14和负载线圈16采用螺旋结构，其中负载线圈16与接收线圈14严格同轴，发射线圈12与接收线圈14最大允许其自身半径的轴向偏移，在此情况下仍能满足***的正常工作。
本发明所述无线电能传输***，传输距离最大35cm，最大功率200W，能够实现移动设备的定期充电和连续供电工作的需求，能实现传输距离、传输功率、输出电压以及谐振频率的可调控。
如图3所示，本发明所述整流稳压***17采用不控桥式整流171加DC/DC变换器172组合模式，其中不控桥式整流171与DC/DC变换器172之间采用两级电解电容321、322稳压连接。本发明所述DC/DC变换器172采用反激变换器结构，输入电压比2:1以上，通过输出电压反馈对开关管332开关占空比的控制，配合变压器331的能量转换实现移动设备18的稳定供电。所述不控桥式整流171采用四个碳化硅二极管，最高工作频率可达数兆。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其特征在于由电源、发射线圈、接收线圈、负载线圈和整流稳压***依次连接组成，所述发射线圈和接收线圈具有相同的螺旋结构、半径、材料和匝数，所述负载线圈与接收线圈同轴，所述整流稳压***采用不控桥式整流与DC/DC变换器组合模式，所述电源和发射线圈组成***的能量发射装置，接收线圈、负载线圈、整流稳压***组成能量接收装置，通过工作在相同的谐振频率下，发射装置不断的将能量传出，接收装置接收能量并进行电压变换为移动设备供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其特征在于：所述电源采用功率和频率可调的射频电源。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其特征在于：所述发射线圈、接收线圈和负载线圈采用螺旋结构，其中负载线圈与接收线圈严格同轴，发射线圈与接收线圈最大允许其自身半径的轴向偏移。
4.据权利要求1所述的一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其特征在于：所述发射线圈和接收线圈采用串联-串联电容补偿结构，负载线圈与接收线圈采用隔离强耦合方式进行能量交互。
5.据权利要求1所述的一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其特征在于：所述DC/DC变换器采用反激变换器结构。
6.据权利要求1所述的一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其特征在于：所述不控桥式整流采用四个碳化硅二极管。
7.据权利要求1所述的一种基于无线电能传输的移动设备供电***，其特征在于：所述桥式整流与DC/DC变换器之间采用两级电解电容稳压连接。
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