CN106602733A - 多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端、接收端及*** - Google Patents

多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端、接收端及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端、接收端及***，包括接入有直流电压电源的发射端，连接输出电压的接收端，所述发射端中包括两个或两个以上的发射电路单元，每个发射电路单元包括发射谐振电路、以及用于驱动发射谐振电路的逆变电路，各逆变电路输入端并联；所述接收电路单元数量与发射端中发射电路单元数量相同，每个接收电路单元包括与所述发射电路单元中发射谐振电路对应设置的接收谐振电路、以及整流输出电路，各整流输出电路输出端并联。本发明中，解决了MOS管不能过大电流的问题，在传输同等功率的条件下，较现有的方案降低了谐振电容工作电压，进而降低了成本，推动了无线充电在电动汽车充电领域的普及应用。

Description

多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端、接收端及***
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端、接收端及***。
背景技术
基于磁耦合谐振原理的无线充电***中，谐振电流非常大，目前MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)(MOS管与MOSFET含义相同，下述所出现的所有MOSFET均以MOS管进行代替阐述)通态电流能力有限，而多个MOS管并联会降低可靠性；当需要大功率传输功率时，谐振电容电压非常高；这样会导致制造成本高。
面对上述问题，现有技术中，提出了如下解决方案，如图1所示，这种方案尽管理论上解决了MOS管通态电流限值的问题，可以实现较大的发射功率，但实际上谐振电容的谐振电压会非常高，如果传输10KW以上的功率，谐振电压会高达10KV量级；目前这种高压电容的制造工艺尚且不成熟，且制造成本高，同时这种谐振腔需要高压工作的特性也带来了安全问题；目前MOS管并联应用因其导通模态中温度系数有变化，并联也会带来一系列可靠性问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决MOS管不能过大电流，以及如何降低谐振电容工作电压，进而降低成本，推动无线充电在电动汽车充电领域的普及应用的问题，本发明提供了一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端，所述发射端接入有直流电压电源，所述发射端中包括两个或两个以上的发射电路单元，每个发射电路单元包括发射谐振电路、以及用于驱动发射谐振电路的逆变电路，各逆变电路输入端并联。
优选地，所有发射谐振电路中的谐振线圈组成发射线圈阵列。
优选地，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈同平面设置。
优选地，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈为平面型线圈。
优选地，所述发射谐振电路中串联有补偿电容。
优选地，所述发射谐振电路为CLC谐振电路。
优选地，所述逆变电路为全桥逆变电路。
优选地，所述全桥逆变电路的PWM开关频率为85千赫兹。
本发明还提供了一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能接收端，所述接收端连接有输出电压，所述接收端包括接收电路单元，所述接收电路单元数量与前述多谐振电路并联的发射端中发射电路单元数量相同，且每个接收电路单元包括与所述发射电路单元中发射谐振电路对应设置的接收谐振电路、以及整流输出电路，各整流输出电路输出端并联。
优选地，所有接收谐振电路中的谐振线圈组成接收线圈阵列。
优选地，构成所述接收线圈阵列的各谐振线圈同平面设置。
优选地，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈为平面型线圈。
优选地，所述接收谐振电路中串联有补偿电容。
优选地，所述接收谐振电路为CLC谐振电路。
优选地，所述整流输出电路为桥式整流电路。
本发明还提供了一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能***，包括发射端和接收端。
优选地，所述发射谐振电路中和接收谐振电路中的谐振线圈的电感值相等，所述发射谐振电路和接收谐振电路中的补偿电容的电容值相等。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过本发明中的多谐振电路并联的磁耦合共振电能***设计，解决了MOS管不能过大电流的问题，在传输同等功率的条件下，较现有的方案降低了谐振电容工作电压，进而降低了成本，推动了无线充电在电动汽车充电领域的普及应用。
方案1、一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端，所述发射端接入有直流电压电源，其特征在于，所述发射端中包括两个或两个以上的发射电路单元，每个发射电路单元包括发射谐振电路、以及用于驱动发射谐振电路的逆变电路，各逆变电路输入端并联。
方案2、根据方案1所述的发射端，其特征在于，所有发射谐振电路中的谐振线圈组成发射线圈阵列。
方案3、根据方案2所述的发射端，其特征在于，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈同平面设置。
方案4、根据方案3所述的发射端，其特征在于，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈为平面型线圈。
方案5、根据方案1～4中任一项所述的发射端，其特征在于，所述发射谐振电路中串联有补偿电容。
方案6、根据方案5所述的发射端，其特征在于，所述发射谐振电路为CLC谐振电路。
方案7、根据方案1～4中任一项所述的发射端，其特征在于，所述逆变电路为全桥逆变电路。
方案8、根据方案7所述的发射端，其特征在于，所述全桥逆变电路的PWM开关频率为85千赫兹。
方案9、一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能接收端，所述接收端连接有输出电压，其特征在于，所述接收端包括接收电路单元，所述接收电路单元数量与方案1～8中任一种多谐振电路并联的发射端中发射电路单元数量相同，且每个接收电路单元包括与所述发射电路单元中发射谐振电路对应设置的接收谐振电路、以及整流输出电路，各整流输出电路输出端并联。
方案10、根据方案9所述的接收端，其特征在于，所有接收谐振电路中的谐振线圈组成接收线圈阵列。
方案11、根据方案10所述的接收端，其特征在于，构成所述接收线圈阵列的各谐振线圈同平面设置。
方案12、根据方案11所述的接收端，其特征在于，构成所述接收线圈阵列的各谐振线圈为平面型线圈。
方案13、根据方案9～12中任一项所述的接收端，其特征在于，所述接收谐振电路中串联有补偿电容。
方案14、根据方案13所述的接收端，其特征在于，所述接收谐振电路为CLC谐振电路。
方案15、根据方案9～12中任一项所述的接收端，其特征在于，所述整流输出电路为桥式整流电路。
方案16、一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能***，其特征在于，包括如方案1～8中任一项所述的发射端和方案9～15中任一项所述的接收端。
方案17、根据方案16所述的磁耦合共振电能***，其特征在于，所述发射谐振电路中和接收谐振电路中的谐振线圈的电感值相等，所述发射谐振电路和接收谐振电路中的补偿电容的电容值相等。
附图说明
图1是现有技术中提供的解决功率管通态电流限值问题的接线示意图；
图2是本发明所提供的多谐振电路并联的磁耦合共振电能***的连接示意图；
图3是本发明所提供的两谐振电路并联的磁耦合共振电能***的具体接线示意图；
图4是本发明所提供的同平面设置的发射端中谐振线圈示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明通过利用多谐振电路并联的磁耦合共振电能***设计方案，解决了所要解决的大功率无线充电谐振电流很大与MOS管不能过大电流的矛盾，推动了无线充电在电动汽车充电领域的普及应用。
本发明提出了一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端，还提出了一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能接收端，以及由前述发射端和接收端构成的多谐振电路并联的磁耦合共振电能***。为了更清楚地对本发明的电路构成及工作原理进行描述，下面从多谐振电路并联的磁耦合共振电能***的角度来对发射端、接收端、以及***进行整体描述。
本发明中，提供了一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能***，如图2所示，该磁耦合共振电能***01中包括多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端02，多谐振电路并联的磁耦合共振电能接收端03，发射端02将电能转化为电磁能、接收端03将电磁能转化为电能，所述发射端02中包括两个或两个以上的发射电路单元04，每个发射电路单元04包括发射谐振电路05、以及用于驱动发射谐振电路05的逆变电路06，各逆变电路06输入端并联；所述接收端02包括接收电路单元07，所述接收电路单元07数量与前述多谐振电路并联的发射端02中发射电路单元04数量相同，且每个接收电路单元07包括与所述发射电路单元04中发射谐振电路05对应设置的接收谐振电路08、以及整流输出电路09，各整流输出电路09输出端并联。
其中，所有发射谐振电路05中的谐振线圈组成发射线圈阵列，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈同平面设置，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈为平面型线圈；所有接收谐振电路08中的谐振线圈组成接收线圈阵列，构成所述接收线圈阵列的各谐振线圈同平面设置，构成所述接收线圈阵列的各谐振线圈为平面型线圈；所述发射谐振电路05和接收谐振电路08中的谐振线圈的电感值相等；在实际应用中，发射线圈阵列中的谐振线圈和接收线圈阵列中的谐振线圈对应设置。无论是构成发射线圈阵列的各谐振线圈，还是构成接收线圈阵列的各谐振线圈，其各谐振线圈彼此间不重叠。如图4所示，谐振线圈L1、L2同平面设置。在一优选地实施方式中，该各谐振线圈间的预设间隔距离尤以不小于5cm为优。
所述发射谐振电路05和接收谐振电路08中均串联有补偿电容，所述发射谐振电路05和接收谐振电路08中的补偿电容的电容值相等；所述发射谐振电路05和接收谐振电路08均为CLC谐振电路。
在本发明的磁耦合共振电能***01的发射端02中，所选取的两个或两个以上的发射谐振电路04设计，均能实现所要解决的MOS管不能过大电流，以及如何降低谐振电容工作电压，进而降低成本，推动无线充电在电动汽车充电领域的普及应用的问题，尤以两个发生谐振电路04设计为最佳。下面针对采用两个发生谐振电路04的最佳实施方式作为实施例加以阐述。
在该具体实施例中，如图3所示，直流电压电源为U，两个发射谐振电路(补偿电容C1、谐振线圈L1和补偿电容C2构成一个发射谐振电路，以及补偿电容C3、谐振线圈L2和补偿电容C4构成另一个发射谐振电路)，对应的两个接收谐振电路(补偿电容C5、谐振线圈L3和补偿电容C6构成一个接收谐振电路，以及补偿电容C7、谐振线圈L4和补偿电容C8构成另一个接收谐振电路)；其中，
C1＝C2＝C3＝C4＝C5＝C6＝C7＝C8
L1＝L2＝L3＝L4
谐振频率f＝85000HZ，计算公式为：
上述公式中，L＝L1＝L2＝L3＝L4
C＝C1+C2＝C3+C4＝C5+C6＝C7+C8
具体的，直流电压电源U的直流电压输出后，当施加在逆变电路开关管的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)的驱动信号为方波时，(该PWM开关频率为85千赫兹)直流电压被逆变成85000赫兹的交流方波电压，该方波电压驱动C1L1C2发射谐振电路和C3L2C4发射谐振电路发生谐振，在空间内产生交变磁场，接收端的C5L3C6接收谐振电路和C7L4C8接收谐振电路与发射谐振电路产生共振，共振正弦电压经整流输出电路变成直流电压Vout后输出。
在该磁耦合共振电能***的发射端中的逆变电路为全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的PWM开关频率为85千赫兹；所述整流输出电路为桥式整流电路。
上述多谐振电路并联的磁耦合共振电能***中的多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端02、多谐振电路并联的磁耦合共振电能接收端03分离设置，发射端02接入有直流电压电源，接收端03连接有输出电压，比如在电动汽车领域，发射端02设置在充电站、接收端03设置在车体内，只有在电动汽车充电时，发射端02和接收端03相互配合，实现电能的无线传输。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能发射端，所述发射端接入有直流电压电源，其特征在于，所述发射端中包括两个或两个以上的发射电路单元，每个发射电路单元包括发射谐振电路、以及用于驱动发射谐振电路的逆变电路，各逆变电路输入端并联。
2.根据权利要求1所述的发射端，其特征在于，所有发射谐振电路中的谐振线圈组成发射线圈阵列。
3.根据权利要求2所述的发射端，其特征在于，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈同平面设置。
4.根据权利要求3所述的发射端，其特征在于，构成所述发射线圈阵列的各谐振线圈为平面型线圈。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的发射端，其特征在于，所述发射谐振电路中串联有补偿电容。
6.根据权利要求5所述的发射端，其特征在于，所述发射谐振电路为CLC谐振电路。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的发射端，其特征在于，所述逆变电路为全桥逆变电路。
8.根据权利要求7所述的发射端，其特征在于，所述全桥逆变电路的PWM开关频率为85千赫兹。
9.一种多谐振电路并联的磁耦合共振电能接收端，所述接收端连接有输出电压，其特征在于，所述接收端包括接收电路单元，所述接收电路单元数量与权利要求1～8中任一种多谐振电路并联的发射端中发射电路单元数量相同，且每个接收电路单元包括与所述发射电路单元中发射谐振电路对应设置的接收谐振电路、以及整流输出电路，各整流输出电路输出端并联。
10.根据权利要求9所述的接收端，其特征在于，所有接收谐振电路中的谐振线圈组成接收线圈阵列。
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