CN108879997B - 一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置 - Google Patents
一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108879997B CN108879997B CN201810888667.8A CN201810888667A CN108879997B CN 108879997 B CN108879997 B CN 108879997B CN 201810888667 A CN201810888667 A CN 201810888667A CN 108879997 B CN108879997 B CN 108879997B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistor
- circuit
- triode
- port
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 81
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 29
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 28
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 101150016367 RIN1 gene Proteins 0.000 claims description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
本发明的一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置属于电子技术的技术领域,其结构有交直流转换电路(1),高频逆变电路(2),电容补偿电路(3),开关控制电路(4),单片机(5),幅度检测电路(6),模数转换电路(7)。本发明具有负载适应范围宽、传输效率高、使用灵活、***稳定性和可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明属于电子技术的技术领域。特别涉及一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置。
背景技术
自电力进入人类生活后,电线作为传输电能的媒质几乎无处不在,为我们的生活日常带来很多便利。但有线能量传输方式会受限于空间占用、用电设备接触带来潜在的安全隐患等问题。而无线能量传输***中不存在直接电气连接,可实现无线设备不受空间限制的能量供给,且具有无接插环节、无裸露导体、无漏电触电危险等优势。毫无疑问,无线电能传输正逐渐在诸如电动汽车、手机、平板电脑、生物医学等用电设备的充电或供电中发挥着越来越重要的作用。
在无线充电技术中,磁耦合共振的方式因其传输效率高、功率大、结构方便等优点而被广泛关注。其原理是先将220V/50Hz的市电整流成直流稳压电,再由高频逆变电路逆变成50kHz的高频交流电,发射线圈(呈电感性)配合适当的电容进行选频谐振,将电能转换成磁能,再通过磁耦合共振的方式由接收线圈接收能量,最终再由接收线圈后续的整流滤波电路将线圈接收的能量转换成恒压或恒流为接收端的设备进行供电或为蓄电池进行充电。为了保证传输效率和功率,上述***要求发射线圈所在的初级回路必须谐振,接收线圈所在的次级回路也要谐振。众所周知,当发射线圈和接收线圈进行耦合时,次级回路对初级回路会产生影响,其影响可等效成一个反射阻抗串联在初级回路中,该反射阻抗包括反射电阻和反射电抗,其中反射电抗(呈电感性或电容性)对初级回路的谐振程度会产生严重影响,因此在设计发射***时必须考接收***的参数影响。
目前的磁耦合共振无线传输***一般都是针对固定的接收回路进行设计的,一旦接收回路的参数发生变化时,其在发射回路中等效的反射阻抗也会发生变化,原本发射回路的谐振状态便会遭到破坏,出现失谐的现象,导致发射回路的电流、功率、效率等重要参数迅速变差。而事实上即使在同一类的用电设备中,其接收电路也会由于产品型号、生产厂家的不同而参数各异,因此目前现有的无线能量传输***兼容性普遍存在兼容性差的问题,一个发射***只能为同一个固定型号的产品提供能量传输。
综上,为了扩宽对不同用电产品的适应范围,提高***的兼容性,保证***的传输效率,现有的无线能量传输***还需要进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术存在的缺点,提供一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置。该装置能够根据接收回路的不同,自动调整发射回路的参数,以达到自动匹配不同的负载、提高传输效率的目的。
本发明的具体的技术方案是:
一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置,其结构有,交直流转换电路1,高频逆变电路2,单片机5,其特征在于,结构还有,电容补偿电路3,开关控制电路4,幅度检测电路6,模数转换电路7;所述的交直流转换电路1的输入端与市电相连,交直流转换电路1的输出端与高频逆变电路2的电源输入端相连,高频逆变电路2的取样输出端与幅度检测电路6的输入端相连,幅度检测电路6的输出端与模数转换电路7的输入端相连,模数转换电路7的输出端与单片机5相连,单片机5还分别与高频逆变电路2的控制输入端和开关控制电路4的输入端相连,开关控制电路4的输出端分别与电容补偿电路3的输入端、幅度检测电路6的使能控制端相连,电容补偿电路3的输出端与高频逆变电路2的补偿输入端相连;
所述的高频逆变电路2的结构为,二极管D1的阳极与+12V的电源相连,二极管D1的阴极与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极以及电容C1的一端相连,电阻R1的另一端与三极管Q1的基极及三极管Q2的集电极相连,三极管Q2的基极与电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端+5V直流电源相连,三极管Q2的发射极与电阻R3的一端相连,电阻R3的另一端作为高频逆变电路2的第一个控制输入端,记为端口MCU-in1,与单片机5相连,三极管Q1的集电极与二极管D2的阳极、三极管Q3的基极及电阻R4的一端相连,电阻R4的另一端与电容C1的另一端、三极管Q3的集电极、稳压二极管D3的阳极、场效应管Q8的漏极、电感L的一端及场效应管Q4的源极相连,三极管Q3的发射极与二极管D2的阴极、稳压二极管D3的阴极及场效应管Q4的栅极相连,场效应管Q4的漏极与场效应管Q9的漏极相连,作为高频逆变电路2的电源输入端,记为端口Vs-in,与交直流转换电路1的直流电压输出端相连,场效应管Q8的栅极与电阻R8的一端及三极管Q7的集电极相连,电阻R8的另一端与三极管Q5的集电极相连,三极管Q5的发射极与电阻R5的一端及+12V直流电源相连,电阻R5的另一端与三极管Q5的基极及三极管Q6的集电极相连,三极管Q6的基极与电阻R6的一端相连,电阻R6的另一端与+5V电源相连,三极管Q6的发射极与电阻R7的一端相连,电阻R7的另一端与电阻R9的一端相连,作为高频逆变电路2的第二个控制输入端,记为端口MCU-in2,与单片机5相连,电阻R9的另一端与三极管Q7的基极相连,三极管Q7的发射极与场效应管Q8的源极相连并接地,电感L的另一端与电容Cs的一端相连,作为高频逆变电路2的一个补偿输入端,记为端口Cadj-in1,与电容补偿电路3的端口Cadj-out1相连,电容Cs的另一端作为高频逆变电路2的另一个补偿输入端,同时还作为高频逆变电路2的一个取样输出端,记为端口Rs-out1,该端口与电容补偿电路3的端口Cadj-out2相连,还与幅度检测电路6的端口Rs-in1相连,场效应管Q13的漏极与场效应管Q9的源极、稳压二极管D4的阳极、三极管Q10的集电极、电阻R10的一端及电容C2的一端相连,作为高频逆变电路2的另一个取样输出端,记为端口Rs-out2,与幅度检测电路6的端口Rs-in2相连,场效应管Q9的栅极与稳压二极管D4的阴极、三极管Q10的发射极及二极管D5的阴极相连,三极管Q10的基极与电阻R10的另一端、二极管D5的阳极及三极管Q11的集电极相连,三极管Q11的发射极与电容C2的另一端、电阻R11的一端及二极管D6的阴极相连,二极管D6的阳极与+12V直流电源相连,三极管Q11的基极与电阻R11的另一端及三极管Q12的集电极相连,三极管Q12的基极与电阻R12的一端相连,电阻R12的另一端与+5V直流电源相连,三极管Q12的发射极与电阻R13的一端相连,电阻R13的另一端作为高频逆变电路2的第三个控制输入端,记为端口MCU-in3,与单片机5相连;场效应管Q13的源极与三极管Q14的发射极相连并接地,场效应管Q13的栅极与电阻R14的一端及三极管Q14的集电极相连,三极管Q14的基极与电阻R15的一端相连,电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连,作为高频逆变电路2的第四个控制输入端,记为端口MCU-in4,与单片机5相连,电阻R14的另一端与三极管Q15的集电极相连,三极管Q15的发射极与电阻R16的一端及+12V直流电源相连,三极管Q15的基极与电阻R16的另一端及三极管Q16的集电极相连,三极管Q16的发射极与电阻R17的另一端相连,三极管Q16的基极与电阻R18的一端相连,电阻R18的另一端与+5V直流电源相连;
所述的幅度检测电路6的结构为,电阻R19的一端与取样电阻Rs一端及继电器Ks的动触点相连,作为幅度检测电路6的一个输入端,记为端口Rs-in1,与高频逆变电路2的端口Rs-out1相连;电阻R19的另一端与运放U1的同相输入端及电阻R20的一端相连,电阻R20的另一端接地;取样电阻Rs的另一端与继电器Ks的静触点及电阻R21的一端相连,作为幅度检测电路6的另一个输入端,记为端口Rs-in2,与高频逆变电路2的端口Rs-out2相连;继电器线圈的一端接地,继电器线圈另一端作为幅度检测电路6的使能控制端,记为端口Rins,与开关控制电路4中的第九继电器驱动电路的输出端Rout相连;电阻R21的另一端与运放U2的同相输入端及电阻R22的一端相连,电阻R22的另一端接地;电阻运放U2的反相端与R23的一端、电阻R25的一端及电阻R24的一端相连,电阻R23的另一端接地,运放U2正电源输入端与+5V直流电源相连,运放U2的负电源输入端与-5V直流电源相连,运放U2的输出端与电阻R26的一端和电阻R25的另一端相连;运放U1的反相输入端与电阻R24的另一端、电阻R26的另一端和电阻R27的一端相连,运放U1的负电源输入端与-5V直流电源相连,运放U1的正电源输入端与+5V直流电源相连,运放U的输出端与电阻R27的另一端及二极管D7的阳极相连;二极管D7的阴极与电容C3的一端及电阻R28的一端相连,作为幅度检测电路6的输出端,记为端口Amp-out,与模数转换电路7的模拟信号输入端相连,电阻R28的另一端和电容C3的另一端接地;
所述的电容补偿电路3的结构为,继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8的线圈的一端均接地,另一端作为电容补偿电路3的八个输入端,依次记为端口Rin1、Rin2、Rin3、Rin4、Rin5、Rin6、Rin7、Rin8,分别与开关控制电路4中第一继电器驱动电路~第八继电器驱动电路的八个输出端相连,电容C5、C6、C7、C8的一端相连,还与继电器K8的静触点相连,电容C5、C6、C7、C8的另一端依次与继电器K1、K2、K3、K4的动触点相连,电容C4的一端与继电器K1、K2、K3、K4的静触点均相连,作为电容补偿电路3的一个输出端,记为端口Cadj-out1,与高频逆变电路2的端口Cadj-in1相连,电容C4的另一端与电容C9的一端及继电器K5的动触点相连,电容C9的另一端与电容C10的一端、继电器K5的静触点及继电器K6的动触点相连,电容C10的另一端与电容C11的一端、继电器K6的静触点及继电器K7的动触点相连,电容C11的另一端与电容C12的一端、继电器K7的静触点及继电器K8的动触点相连,电容C12的另一端与继电器K8的静触点相连,作为电容补偿电路3的另一个输出端,记为端口Cadj-out2,与高频逆变电路2的端口Rs-out1相连;
所述的开关控制电路4由第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路共9个继电器驱动电路构成,其中,第一继电器驱动电路~第八继电器驱动电路的输出端分别与电容补偿电路3的八个输入端相连,第九继电器驱动电路的输出端与幅度检测电路6的使能控制端相连,第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路的输入端分别与单片机5的九个不同的I/O口相连;
所述的第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路的结构均相同,具体结构为,电阻R29的一端与+5V直流电源相连,另一端与光耦U4中发光二极管的阳极相连,光耦U4中发光二极管的阴极作为继电器驱动电路的输入端,记为端口MCU-in,与单片机5相连;光耦U4中光电三极管的发射极接地,集电极与电阻R30的一端及电阻R31的一端相连,电阻R30的另一端接+12V电源,电阻R31的另一端与三极管Q17的基极相连,三极管Q17的发射极接+12V电源,集电极与二极管D8的阴极相连,作为继电器驱动电路的输出端,记为端口Rout,二极管D8的阳极接地。
在高频逆变电路2中,电感L的取值优选285uH,耐压400V,电容Cs的取值优选30nF,耐压400V;
在幅度检测电路6中,取样电阻Rs的阻值优选0.1欧姆。
在电容补偿电路3中,各电容的取值优选为,电容C4~电容C6:1uF,电容C7:2nF,电容C8:5nF,电容C9:250pF,电容C10:680pF,电容C11:1.5nF,电容C12:4nF。
所述的交直流转换电路1是现有技术,可以是任意能将220V市电转换成直流电压输出的电路,优选输出直流电压为200V。
所述模数转换电路7为现有技术,是能将模拟信号转换为数字信号的电路。
本发明一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置有以下有益效果:
1、本发明通过幅度检测判断***对负载的谐振程度,进而自动调整补偿电抗,使***对不同的接收电路进行能量传输时均能保持实时谐振,大大提高了***的工作效率以及对负载的适应范围。
2、本发明在高频逆变电路中对功率管采用了特殊的驱动设计,减小了转换过程中的能量损失,可提高整个***的功率和效率。
3、本发明在电容补偿电路中,巧妙设计了电容补偿网络,用少量的元器件实现了多种不同电容值的选择。
4、本发明在继电器驱动电路中,采用光耦对单片机和主回路进行隔离,使得***的信号电和功率电互不影响,提高了***的稳定性和可靠性。
5、本发明对取样电阻及幅度检测电路设计了使能控制功能,在初始化完成后可以使取样电阻及幅度检测电路与主回路脱离,减小了充电过程中取样电阻对主回路的影响,进一步提高了效率。
附图说明
图1是本发明的总体结构框图。
图2是开关控制电路4的原理框图。
图3是高频逆变电路2的原理电路图。
图4是幅度检测电路6的原理电路图。
图5是电容补偿电路3的电路原理图。
图6是继电器的原理电路图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明的工作原理作进一步说明,附图中所标示的元器件参数是各实施例的优选参数,但不是对本发明实施的限制。
实施例1本发明的整体结构
本发明的整体结构如图1所示,交直流转换电路1,高频逆变电路2,电容补偿电路3,开关控制电路4,单片机5幅度检测电路6,模数转换电路7;所述的交直流转换电路1的输入端与市电相连,交直流转换电路1的输出端与高频逆变电路2的电源输入端相连,高频逆变电路2的取样输出端与幅度检测电路6的输入端相连,幅度检测电路6的输出端与模数转换电路7的输入端相连,模数转换电路7的输出端与单片机5相连,单片机5还分别与高频逆变电路2的控制输入端和开关控制电路4的输入端相连,开关控制电路4的输出端分别与电容补偿电路3的输入端、幅度检测电路6的使能控制端相连,电容补偿电路3的输出端与高频逆变电路2的补偿输入端相连。
实施例2本发明的高频逆变电路
本发明中采用的高频逆变电路2的结构如图3所示,二极管D1的阳极与+12V的电源相连,二极管D1的阴极与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极以及电容C1的一端相连,电阻R1的另一端与三极管Q1的基极及三极管Q2的集电极相连,三极管Q2的基极与电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端+5V直流电源相连,三极管Q2的发射极与电阻R3的一端相连,电阻R3的另一端作为高频逆变电路2的第一个控制输入端,记为端口MCU-in1,与单片机5相连,三极管Q1的集电极与二极管D2的阳极、三极管Q3的基极及电阻R4的一端相连,电阻R4的另一端与电容C1的另一端、三极管Q3的集电极、稳压二极管D3的阳极、场效应管Q8的漏极、电感L的一端及场效应管Q4的源极相连,三极管Q3的发射极与二极管D2的阴极、稳压二极管D3的阴极及场效应管Q4的栅极相连,场效应管Q4的漏极与场效应管Q9的漏极相连,作为高频逆变电路2的电源输入端,记为端口Vs-in,与交直流转换电路1的直流电压输出端相连,场效应管Q8的栅极与电阻R8的一端及三极管Q7的集电极相连,电阻R8的另一端与三极管Q5的集电极相连,三极管Q5的发射极与电阻R5的一端及+12V直流电源相连,电阻R5的另一端与三极管Q5的基极及三极管Q6的集电极相连,三极管Q6的基极与电阻R6的一端相连,电阻R6的另一端与+5V电源相连,三极管Q6的发射极与电阻R7的一端相连,电阻R7的另一端与电阻R9的一端相连,作为高频逆变电路2的第二个控制输入端,记为端口MCU-in2,与单片机5相连,电阻R9的另一端与三极管Q7的基极相连,三极管Q7的发射极与场效应管Q8的源极相连并接地,电感L的另一端与电容Cs的一端相连,作为高频逆变电路2的一个补偿输入端,记为端口Cadj-in1,与电容补偿电路3的端口Cadj-out1相连,电容Cs的另一端作为高频逆变电路2的另一个补偿输入端,同时还作为高频逆变电路2的一个取样输出端,记为端口Rs-out1,该端口与电容补偿电路3的端口Cadj-out2相连,还与幅度检测电路6的端口Rs-in1相连,场效应管Q13的漏极与场效应管Q9的源极、稳压二极管D4的阳极、三极管Q10的集电极、电阻R10的一端及电容C2的一端相连,作为高频逆变电路2的另一个取样输出端,记为端口Rs-out2,与幅度检测电路6的端口Rs-in2相连,场效应管Q9的栅极与稳压二极管D4的阴极、三极管Q10的发射极及二极管D5的阴极相连,三极管Q10的基极与电阻R10的另一端、二极管D5的阳极及三极管Q11的集电极相连,三极管Q11的发射极与电容C2的另一端、电阻R11的一端及二极管D6的阴极相连,二极管D6的阳极与+12V直流电源相连,三极管Q11的基极与电阻R11的另一端及三极管Q12的集电极相连,三极管Q12的基极与电阻R12的一端相连,电阻R12的另一端与+5V直流电源相连,三极管Q12的发射极与电阻R13的一端相连,电阻R13的另一端作为高频逆变电路2的第三个控制输入端,记为端口MCU-in3,与单片机5相连;场效应管Q13的源极与三极管Q14的发射极相连并接地,场效应管Q13的栅极与电阻R14的一端及三极管Q14的集电极相连,三极管Q14的基极与电阻R15的一端相连,电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连,作为高频逆变电路2的第四个控制输入端,记为端口MCU-in4,与单片机5相连,电阻R14的另一端与三极管Q15的集电极相连,三极管Q15的发射极与电阻R16的一端及+12V直流电源相连,三极管Q15的基极与电阻R16的另一端及三极管Q16的集电极相连,三极管Q16的发射极与电阻R17的另一端相连,三极管Q16的基极与电阻R18的一端相连,电阻R18的另一端与+5V直流电源相连。
该结构中,4个场效应管Q4、Q8、Q9、Q13构成逆变电桥,用来将交直流转换电路1输出的直流信号逆变成高频交流信号,用于为发射线圈(即图中的电感L)提供能量,每个场效应管的栅极还采用了特殊设计的驱动电路,可减小转换过程中的能量衰减,保证***可以达到很高的输出功率和效率。
实施例3本发明的幅度检测电路
本发明的幅度检测电路6的原理电路如图4所示,,电阻R19的一端与取样电阻Rs一端及继电器Ks的动触点相连,作为幅度检测电路6的一个输入端,记为端口Rs-in1,与高频逆变电路2的端口Rs-out1相连;电阻R19的另一端与运放U1的同相输入端及电阻R20的一端相连,电阻R20的另一端接地;取样电阻Rs的另一端与继电器Ks的静触点及电阻R21的一端相连,作为幅度检测电路6的另一个输入端,记为端口Rs-in2,与高频逆变电路2的端口Rs-out2相连;继电器线圈的一端接地,继电器线圈另一端作为幅度检测电路6的使能控制端,记为端口Rins,与开关控制电路4中的第九继电器驱动电路的输出端Rout相连;电阻R21的另一端与运放U2的同相输入端及电阻R22的一端相连,电阻R22的另一端接地;电阻运放U2的反相端与R23的一端、电阻R25的一端及电阻R24的一端相连,电阻R23的另一端接地,运放U2正电源输入端与+5V直流电源相连,运放U2的负电源输入端与-5V直流电源相连,运放U2的输出端与电阻R26的一端和电阻R25的另一端相连;运放U1的反相输入端与电阻R24的另一端、电阻R26的另一端和电阻R27的一端相连,运放U1的负电源输入端与-5V直流电源相连,运放U1的正电源输入端与+5V直流电源相连,运放U的输出端与电阻R27的另一端及二极管D7的阳极相连;二极管D7的阴极与电容C3的一端及电阻R28的一端相连,作为幅度检测电路6的输出端,记为端口Amp-out,与模数转换电路7的模拟信号输入端相连,电阻R28的另一端和电容C3的另一端接地。
该检测电路用来检测取样电阻Rs两端交流电压的振幅,检测结果由后级的模数转换电路7再转换成数字信号后送入单片机5存储。取样电阻Rs是一个大功率、小阻值的精密电阻,可以保证在取样的过程不会消耗过多能量。在工作时两端的电位最高均可达到接近Vs(200V左右)的大小。因此本发明采取了降压及差分处理,使Rs两端的信号更便于幅度检测。
为了使本发明使用更加灵活,在幅度检测电路6中还利用继电器Ks实现使能控制功能,在***初始化阶段,为了检测发射回路的谐振情况,继电器Ks的开关会断开,取样电阻Rs有效,幅度检测电路6进行检测,在初始化完成之后***根据检测结果选择好合适的补偿电容后开始正常工作,由于已不需要再进行检测,继电器Ks的开关闭合,将取样电阻Rs连同后面的幅度检测电路6一起短路掉,以避免工作过程中取样电阻继续消耗能量,进一步提高了***的传输效率。
实施例4本发明的电容补偿电路
其中,所述的电容补偿电路3的结构如图5所示,继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8的线圈的一端均接地,另一端作为电容补偿电路3的八个输入端,依次记为端口Rin1、Rin2、Rin3、Rin4、Rin5、Rin6、Rin7、Rin8,分别与开关控制电路4中第一继电器驱动电路~第八继电器驱动电路的八个输出端相连,电容C5、C6、C7、C8的一端相连,还与继电器K8的静触点相连,电容C5、C6、C7、C8的另一端依次与继电器K1、K2、K3、K4的动触点相连,电容C4的一端与继电器K1、K2、K3、K4的静触点均相连,作为电容补偿电路3的一个输出端,记为端口Cadj-out1,与高频逆变电路2的端口Cadj-in1相连,电容C4的另一端与电容C9的一端及继电器K5的动触点相连,电容C9的另一端与电容C10的一端、继电器K5的静触点及继电器K6的动触点相连,电容C10的另一端与电容C11的一端、继电器K6的静触点及继电器K7的动触点相连,电容C11的另一端与电容C12的一端、继电器K7的静触点及继电器K8的动触点相连,电容C12的另一端与继电器K8的静触点相连,作为电容补偿电路3的另一个输出端,记为端口Cadj-out2,与高频逆变电路2的端口Rs-out1相连;该电路通过对不同电容的选择接入,实现了总电容值以0.2nF为间隔,从0.2nF~10nF的变化,以少量的元器件为高频逆变电路2提供50个可选的补偿电容。大大拓宽了本发明的负载适应范围。
实施例5本发明的开关控制电路
如图2所示,本发明所述的开关控制电路4由第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路共9个继电器驱动电路构成,其中,第一继电器驱动电路~第八继电器驱动电路的输出端分别与电容补偿电路3的八个输入端相连,第九继电器驱动电路的输出端与幅度检测电路6的使能控制端相连,第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路的输入端分别与单片机5的九个不同的I/O口相连;
开关控制电路4的功能是在单片机的控制下对幅度检测电路6及电容补偿电路3中各继电器的开关进行驱动控制,以实现选择或屏蔽不同的电容,以及控制幅度检测电路6是否工作。所有继电器驱动电路的结构相同,如图6所示,电阻R29的一端与+5V直流电源相连,另一端与光耦U4中发光二极管的阳极相连,光耦U4中发光二极管的阴极作为继电器驱动电路的输入端,记为端口MCU-in,与单片机5相连;光耦U4中光电三极管的发射极接地,集电极与电阻R30的一端及电阻R31的一端相连,电阻R30的另一端接+12V电源,电阻R31的另一端与三极管Q17的基极相连,三极管Q17的发射极接+12V电源,集电极与二极管D8的阴极相连,作为继电器驱动电路的输出端,记为端口Rout,二极管D8的阳极接地。该驱动电路在单片机5与继电器之间采用了光耦进行隔离,有效防止了继电器线圈或高频逆变电路中的大电流对单片机5的影响。
实施例6本发明的工作原理
结合附图1~6对本发明的工作原理及工作过程进一步说明如下:在本发明的***利用发射线圈(即高频逆变电路2中的电感L)对接收线圈(位于需要接收能量的接收电路中,图中未画出)发射能量之前,首先会进行一个初始化过程,由单片机5通过开关控制电路4控制电容补偿电路3,选取一个补偿电容接入主电路,该补偿电容与高频逆变电路中主回路上的电容Cs进行叠加形成总电容,尝试使回路达到谐振,幅度检测电路6检测取样电阻Rs两端的交流电压振幅并由模数转换电路7成数字信号送入单片机5进行存储,然后单片机5控制电容补偿电路3改变补偿电容的值,再重复上述过程,如此反复,在尝试完所有不同取值的补偿电容后,单片机5对所有的幅度检测结果进行比较,以确定最佳的补偿方案(当接收端的接收回路不同时,最佳的补偿方案也会不同)。初始化过程完成后,单片机5将最佳的补偿电容选出并接入主回路,同时控制幅度检测电路6中的继电器Ks使开关闭合,使取样电阻Rs及幅度检测电路6脱离谐振回路,然后向接收端发射能量。该初始化过程使***对不同的接收回路进行能量传输时,均能使发射回路处于谐振状态,可以有效地保证不同负载下均能达到很高的传输功率和效率。
Claims (4)
1.一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置,其结构有,交直流转换电路(1),高频逆变电路(2),单片机(5),其特征在于,结构还有,电容补偿电路(3),开关控制电路(4),幅度检测电路(6),模数转换电路(7);所述的交直流转换电路(1)的输入端与市电相连,交直流转换电路(1)的输出端与高频逆变电路(2)的电源输入端相连,高频逆变电路(2)的取样输出端与幅度检测电路(6)的输入端相连,幅度检测电路(6)的输出端与模数转换电路(7)的输入端相连,模数转换电路(7)的输出端与单片机(5)相连,单片机(5)还分别与高频逆变电路(2)的控制输入端和开关控制电路(4)的输入端相连,开关控制电路(4)的输出端分别与电容补偿电路(3)的输入端、幅度检测电路(6)的使能控制端相连,电容补偿电路(3)的输出端与高频逆变电路(2)的补偿输入端相连;
所述的高频逆变电路(2)的结构为,二极管D1的阳极与+12V的电源相连,二极管D1的阴极与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极以及电容C1的一端相连,电阻R1的另一端与三极管Q1的基极及三极管Q2的集电极相连,三极管Q2的基极与电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端+5V直流电源相连,三极管Q2的发射极与电阻R3的一端相连,电阻R3的另一端作为高频逆变电路(2)的第一个控制输入端,记为端口MCU-in1,与单片机(5)相连,三极管Q1的集电极与二极管D2的阳极、三极管Q3的基极及电阻R4的一端相连,电阻R4的另一端与电容C1的另一端、三极管Q3的集电极、稳压二极管D3的阳极、场效应管Q8的漏极、电感L的一端及场效应管Q4的源极相连,三极管Q3的发射极与二极管D2的阴极、稳压二极管D3的阴极及场效应管Q4的栅极相连,场效应管Q4的漏极与场效应管Q9的漏极相连,作为高频逆变电路(2)的电源输入端,记为端口Vs-in,与交直流转换电路(1)的直流电压输出端相连,场效应管Q8的栅极与电阻R8的一端及三极管Q7的集电极相连,电阻R8的另一端与三极管Q5的集电极相连,三极管Q5的发射极与电阻R5的一端及+12V直流电源相连,电阻R5的另一端与三极管Q5的基极及三极管Q6的集电极相连,三极管Q6的基极与电阻R6的一端相连,电阻R6的另一端与+5V电源相连,三极管Q6的发射极与电阻R7的一端相连,电阻R7的另一端与电阻R9的一端相连,作为高频逆变电路(2)的第二个控制输入端,记为端口MCU-in2,与单片机(5)相连,电阻R9的另一端与三极管Q7的基极相连,三极管Q7的发射极与场效应管Q8的源极相连并接地,电感L的另一端与电容Cs的一端相连,作为高频逆变电路(2)的一个补偿输入端,记为端口Cadj-in1,与电容补偿电路(3)的端口Cadj-out1相连,电容Cs的另一端作为高频逆变电路(2)的另一个补偿输入端,同时还作为高频逆变电路(2)的一个取样输出端,记为端口Rs-out1,该端口与电容补偿电路(3)的端口Cadj-out2相连,还与幅度检测电路(6)的端口Rs-in1相连,场效应管Q13的漏极与场效应管Q9的源极、稳压二极管D4的阳极、三极管Q10的集电极、电阻R10的一端及电容C2的一端相连,作为高频逆变电路(2)的另一个取样输出端,记为端口Rs-out2,与幅度检测电路(6)的端口Rs-in2相连,场效应管Q9的栅极与稳压二极管D4的阴极、三极管Q10的发射极及二极管D5的阴极相连,三极管Q10的基极与电阻R10的另一端、二极管D5的阳极及三极管Q11的集电极相连,三极管Q11的发射极与电容C2的另一端、电阻R11的一端及二极管D6的阴极相连,二极管D6的阳极与+12V直流电源相连,三极管Q11的基极与电阻R11的另一端及三极管Q12的集电极相连,三极管Q12的基极与电阻R12的一端相连,电阻R12的另一端与+5V直流电源相连,三极管Q12的发射极与电阻R13的一端相连,电阻R13的另一端作为高频逆变电路(2)的第三个控制输入端,记为端口MCU-in3,与单片机(5)相连;场效应管Q13的源极与三极管Q14的发射极相连并接地,场效应管Q13的栅极与电阻R14的一端及三极管Q14的集电极相连,三极管Q14的基极与电阻R15的一端相连,电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连,作为高频逆变电路(2)的第四个控制输入端,记为端口MCU-in4,与单片机(5)相连,电阻R14的另一端与三极管Q15的集电极相连,三极管Q15的发射极与电阻R16的一端及+12V直流电源相连,三极管Q15的基极与电阻R16的另一端及三极管Q16的集电极相连,三极管Q16的发射极与电阻R17的另一端相连,三极管Q16的基极与电阻R18的一端相连,电阻R18的另一端与+5V直流电源相连;
所述的幅度检测电路(6)的结构为,电阻R19的一端与取样电阻Rs一端及继电器Ks的动触点相连,作为幅度检测电路(6)的一个输入端,记为端口Rs-in1,与高频逆变电路(2)的端口Rs-out1相连;电阻R19的另一端与运放U1的同相输入端及电阻R20的一端相连,电阻R20的另一端接地;取样电阻Rs的另一端与继电器Ks的静触点及电阻R21的一端相连,作为幅度检测电路(6)的另一个输入端,记为端口Rs-in2,与高频逆变电路(2)的端口Rs-out2相连;继电器线圈的一端接地,继电器线圈另一端作为幅度检测电路(6)的使能控制端,记为端口Rins,与开关控制电路(4)中的第九继电器驱动电路的输出端Rout相连;电阻R21的另一端与运放U2的同相输入端及电阻R22的一端相连,电阻R22的另一端接地;运放U2的反相端与R23的一端、电阻R25的一端及电阻R24的一端相连,电阻R23的另一端接地,运放U2正电源输入端与+5V直流电源相连,运放U2的负电源输入端与-5V直流电源相连,运放U2的输出端与电阻R26的一端和电阻R25的另一端相连;运放U1的反相输入端与电阻R24的另一端、电阻R26的另一端和电阻R27的一端相连,运放U1的负电源输入端与-5V直流电源相连,运放U1的正电源输入端与+5V直流电源相连,运放U的输出端与电阻R27的另一端及二极管D7的阳极相连;二极管D7的阴极与电容C3的一端及电阻R28的一端相连,作为幅度检测电路(6)的输出端,记为端口Amp-out,与模数转换电路(7)的模拟信号输入端相连,电阻R28的另一端和电容C3的另一端接地;
所述的电容补偿电路(3)的结构为,继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8的线圈的一端均接地,另一端作为电容补偿电路(3)的八个输入端,依次记为端口Rin1、Rin2、Rin3、Rin4、Rin5、Rin6、Rin7、Rin8,分别与开关控制电路(4)中第一继电器驱动电路~第八继电器驱动电路的八个输出端相连,电容C5、C6、C7、C8的一端相连,还与继电器K8的静触点相连,电容C5、C6、C7、C8的另一端依次与继电器K1、K2、K3、K4的动触点相连,电容C4的一端与继电器K1、K2、K3、K4的静触点均相连,作为电容补偿电路(3)的一个输出端,记为端口Cadj-out1,与高频逆变电路(2)的端口Cadj-in1相连,电容C4的另一端与电容C9的一端及继电器K5的动触点相连,电容C9的另一端与电容C10的一端、继电器K5的静触点及继电器K6的动触点相连,电容C10的另一端与电容C11的一端、继电器K6的静触点及继电器K7的动触点相连,电容C11的另一端与电容C12的一端、继电器K7的静触点及继电器K8的动触点相连,电容C12的另一端与继电器K8的静触点相连,作为电容补偿电路(3)的另一个输出端,记为端口Cadj-out2,与高频逆变电路(2)的端口Rs-out1相连;
所述的开关控制电路(4)由第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路共9个继电器驱动电路构成,其中,第一继电器驱动电路~第八继电器驱动电路的输出端分别与电容补偿电路(3)的八个输入端相连,第九继电器驱动电路的输出端与幅度检测电路(6)的使能控制端相连,第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路的输入端分别与单片机(5)的九个不同的I/O口相连;
所述的第一继电器驱动电路~第九继电器驱动电路的结构均相同,具体结构为,电阻R29的一端与+5V直流电源相连,另一端与光耦U4中发光二极管的阳极相连,光耦U4中发光二极管的阴极作为继电器驱动电路的输入端,记为端口MCU-in,与单片机(5)相连;光耦U4中光电三极管的发射极接地,集电极与电阻R30的一端及电阻R31的一端相连,电阻R30的另一端接+12V电源,电阻R31的另一端与三极管Q17的基极相连,三极管Q17的发射极接+12V电源,集电极与二极管D8的阴极相连,作为继电器驱动电路的输出端,记为端口Rout,二极管D8的阳极接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置,其特征在于,在高频逆变电路(2)中,电感L的取值为285uH,耐压400V,电容Cs的取值为30nF,耐压400V。
3.根据权利要求1所述的一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置,其特征在于,在幅度检测电路(6)中取样电阻Rs的阻值为0.1欧姆。
4.根据权利要求1~3任一所述的一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置,其特征在于,在电容补偿电路(3)中,各电容的取值为,电容C4~电容C6:1uF,电容C7:2nF,电容C8:5nF,电容C9:250pF,电容C10:680pF,电容C11:1.5nF,电容C12:4nF。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810888667.8A CN108879997B (zh) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | 一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810888667.8A CN108879997B (zh) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | 一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108879997A CN108879997A (zh) | 2018-11-23 |
CN108879997B true CN108879997B (zh) | 2022-02-22 |
Family
ID=64307955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810888667.8A Expired - Fee Related CN108879997B (zh) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | 一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108879997B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111361436B (zh) * | 2020-04-16 | 2023-04-07 | 吉林大学 | 一种电动汽车全自动无线充电*** |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104065178A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-09-24 | 中国矿业大学 | 一种三相负载单相无线供电***及其设计方法 |
CN104218640A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-17 | 中国科学院电工研究所 | 具有多负载频率适应性的无线充电*** |
CN206202015U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 兰州理工大学 | 电动汽车谐振式无线充电装置 |
CN106849257A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-13 | 深圳市尧元科技有限公司 | 磁耦合共振式无线充电***的自动阻抗匹配装置及方法 |
CN107959334A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 重庆唐古拉科技有限公司 | 新型无线充电*** |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10320234B2 (en) * | 2013-08-02 | 2019-06-11 | Integrated Device Technology, Inc. | Multimode wireless power receivers and related methods |
US20180083473A1 (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Qualcomm Incorporated | Variable capacitor series tuning configuration |
-
2018
- 2018-08-07 CN CN201810888667.8A patent/CN108879997B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104065178A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-09-24 | 中国矿业大学 | 一种三相负载单相无线供电***及其设计方法 |
CN104218640A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-17 | 中国科学院电工研究所 | 具有多负载频率适应性的无线充电*** |
CN206202015U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 兰州理工大学 | 电动汽车谐振式无线充电装置 |
CN106849257A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-13 | 深圳市尧元科技有限公司 | 磁耦合共振式无线充电***的自动阻抗匹配装置及方法 |
CN107959334A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 重庆唐古拉科技有限公司 | 新型无线充电*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108879997A (zh) | 2018-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109038854B (zh) | 一种基于电感补偿的自动调谐无线能量发射*** | |
CN110071562B (zh) | 一种发送侧切换混合拓扑恒流恒压感应式无线充电方法及*** | |
CN109038855B (zh) | 基于磁耦合共振式电动汽车无线充电*** | |
KR20160100755A (ko) | 무선전력 송신장치 및 송신방법 | |
CN103762726B (zh) | 一种家用太阳能无线供电*** | |
CN104967222A (zh) | 一种多频工作的无线电能传输发射端电路 | |
CN101401005A (zh) | 谐振电流检测*** | |
CN108880001B (zh) | 一种基于磁耦共振的无线能量发射装置 | |
CN106936474B (zh) | 电力线载波通信方法及输出耦合滤波电路 | |
CN108879997B (zh) | 一种基于电容补偿的自动调谐无线能量发射装置 | |
CN108879999B (zh) | 一种电抗自适应无线能量发射*** | |
CN108819790B (zh) | 一种自动谐振的电动汽车无线充电装置 | |
CN110445231A (zh) | 一种基于反射阻抗的无线电能传输稳压控制装置 | |
CN102111187A (zh) | 电力线载波通讯模块 | |
CN109038856B (zh) | 一种实时谐振控制式电动汽车无线充电装置 | |
CN102916497B (zh) | 一种安全电能无线传输插座 | |
CN108494111A (zh) | 一种移动设备及移动设备无线充电方法 | |
CN102006101B (zh) | 一种电力线载波通讯模块 | |
CN109038853B (zh) | 一种自适应负载的无线能量传输装置 | |
CN108879998B (zh) | 一种高效率电动汽车无线充电装置 | |
CN108880000B (zh) | 一种应用于电动汽车充电的大功率无线能量发射装置 | |
CN203933388U (zh) | 一种用于抑制谐振峰的电磁干扰滤波电路及空调器 | |
CN108923551A (zh) | 一种基于相位判断的主动调谐无线能量传输装置 | |
CN205464786U (zh) | 冰箱用高频感应焊接电源 | |
CN218498849U (zh) | 一种充电设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220222 |