CN113555970A - 一种输出电压稳定的无线能量传递装置 - Google Patents

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柯奕
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Abstract

本发明属于无线能量传输领域，特别涉及一种输出电压稳定的无线能量传递装置。本发明通过增压电路，确保了在接收电能较小时也能够间歇式的为储能电路充电，并通过储能电路为负债提供稳定的电压，提高了无线充电的效能。

Description

一种输出电压稳定的无线能量传递装置
技术领域
本发明属于无线能量传输领域，特别涉及一种输出电压稳定的无线能量传递装置。
背景技术
在现实的应用场景中，特别是工业应用中，由于工件或设备处于移动状态，工件或设备的供电和通信就不能使用有线的方式，工件或设备在移动运转的过程中，多采用自动化的设施，考虑到目前的技术水平和***建设的成本，一般自动化的定位精度在正负30mm左右，***设备运行时间长后，定位误差还会增大。
工件或设备在移动运转的过程中，无线充电能力是不同的，出现时而大时而小的特点，输出电压不稳定，有时候由于电压过小并不能直接供电或进行充电，严重时出现设备长时间没有远程充电的情况。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种输出电压稳定的无线能量传递装置。本发明通过增压电路，确保了在接收电能较小时也能够间歇式的为储能电路充电，并通过储能电路为负债提供稳定的电压。
本发明的技术方案是：一种输出电压稳定的无线能量传递装置，包括发射线圈Lf、发射匹配电容Cf、波形产生器、晶闸管D、电流检测电路、接收线圈Lj、接收匹配电容Cj，增压电路、储能电路，发射线圈Lf、发射匹配电容Cf并联后与晶闸管D的阳极连接，晶闸管D的阴极与测量电阻Rs连接后与电源地连接，接收线圈Lj、接收匹配电容Cj并联后与增压电路连接，其特征在于：增压电路包括场场效应管UA、升压电感LS、升压电容CS、二极管DS，升压电感LS与场效应管UA的漏极和栅极G连接，升压电容CS、二极管DS串联后与升压电感LS和电源地连接，场效应管UA的源极S与储能电路连接，当电压过低时，场效应管UA关断，输入信号给升压电感LS储能，当电压适合于充电时时，场效应管UA导通，输入信号和升压电感LS一起给负载和储能电路提供能量。
本发明的好处是：一是通过增压电路，确保在接收电量较小时也能够储能，提高了无线充电的效能。二是输出电压较为稳定，在一端时间内不接受能够并不会影响***工作。
附图说明
图1为本发明的电路示意图。
图2为频率产生电路图。
图3为脉宽调节电路图。
图4为电流检测电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种输出电压稳定的无线能量传递装置，包括发射线圈Lf、发射匹配电容Cf、波形产生器、晶闸管D、电流检测电路、接收线圈Lj、接收匹配电容Cj，增压电路、储能电路。发射线圈Lf、发射匹配电容Cf并联后与晶闸管D的阳极连接，晶闸管D的阴极与测量电阻Rs连接后与电源地连接。接收线圈Lj、接收匹配电容Cj并联后与增压电路连接，增压电路与储能电路连接。波形产生器与晶闸管D的栅极连接，电流检测电路采集测量电阻Rs的电流，控制电路采集电流检测电路输出的电压信号并控制波形产生器产生波形。
如图1所示，增压电路包括场场效应管UA、升压电感LS、升压电容CS、二极管DS。升压电感LS与场效应管UA的漏极和栅极G连接，升压电容CS、二极管DS串联后与升压电感LS和电源地连接。场效应管UA的源极S与储能电路连接。当电压过低时，场效应管UA关断，输入信号给升压电感LS储能，当电压适合于充电时时，场效应管UA导通，输入信号和升压电感LS一起给负载提供能量，此时输出的电压即为升压后电压，达到了升压效果。
储能电路能够储存***接收到的能量，给后续电路供电。储能元件采用超级法拉电容器CA或化学电池DA，或二者并联接入，当输入功率大于物联网设备所需功率时储存能量，反之给物联网设备供电，以备输入电量不够时使用。
如图2和图3所示，本发明的波形产生器包括频率产生芯片U1、晶振模块U2、脉宽调节电路，晶振模块U2与频率产生芯片U1芯片连接，为频率产生芯片U1提供稳定的频率源，频率产生芯片U1的控制引脚与控制电路连接，通过控制电路输出控制指令使频率产生芯片U1的输出端OUT输出不同的频率，频率产生芯片U1的输出端OUT与脉宽调节电路输入连接。图2中的电容C1、C2、C3、C4可以选择0.1uF的电容。本发明的频率产生芯片U1可以为AD9833芯片。脉宽调节电路包括定时器U3、电阻R、滑动电阻R1和电容C5，定时器U3的第6和7脚接入电阻R和电容C5，2脚作为启动，3脚作为频率信号输出脚，5脚施加电压V1，5脚通过串联滑动电阻R1与电源连接，电压V1与VCC电压的值决定了输出信号f1的脉宽。本发明的定时器U3可以为555定时器，电容C5为0.1uF的电容。这样本发明可以根据需要产生正弦波或方波，其输出脉宽可以根据要求调制，可以根据最优频率选择合适的工作频率。
图4所示，本发明的电流检测电路包括三极管、二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一电阻R1与三极管的源极S连接后接地，第二电阻R2与测量电阻Rs并联后与三极管的栅极G连接，第三电阻R3一端连接电源，另一端与三极管的栅极G连接，二极管D1阳极接入第四电阻R4后与电源连接，二极管D1阴极与三极管的集电极连接。本电路中第四电阻R4可以现在较小的电阻，如0.1KΩ的电阻，测量电阻Rs为0.51Ω，第二电阻R2为7.2KΩ，第三电阻R3为47KΩ，这样本发明的电流检测电路利用集电极进行放大，其选用比较小的电阻，消耗很小的电压就能检测到电流I，通过调整三极管栅极G电阻可以调整检测的灵敏度。
如图1所示，本发明的工作过程中，控制电路输出控制信号至波形产生器中，波形产生器根据控制信号变化不同的输入波形，同时控制电路检测电流检测电路输出的电流信号，控制电路记录下不同控制信号下采集电流的数值，将测量电阻Rs产生最大电流工作的控制信号作为最优控制信号，这样最大程度保证了发射端和接收端在同一共振点。
本发明的还公开了一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，包括以下步骤：
步骤一、首先发射线圈Lf频率从低向高变化或从高向低变化，控制电路控制波形产生器频率变化从100KHZ至1200kHZ，将实时发射线圈Lf电流值与发射线圈Lf频率对应，记录测量电阻Rs通过最大电流时控制电路的输出信号，
步骤二、后续使用时，以测量电阻Rs通过最大电流时控制电路的输出信号控制波形产生器，从而产生最优的发射频率。
本发明还可以包括步骤三、当检测到通过测量电阻Rs的电流大于安全阈值时，关闭波形产生器输出，以保护***。
本发明不但频率可调，也可以调节脉宽，可以适用于调节因为不同原因产生的频率不匹配问题。

Claims (5)

1.一种输出电压稳定的无线能量传递装置，包括发射线圈Lf、发射匹配电容Cf、波形产生器、晶闸管D、电流检测电路、接收线圈Lj、接收匹配电容Cj，增压电路、储能电路，发射线圈Lf、发射匹配电容Cf并联后与晶闸管D的阳极连接，晶闸管D的阴极与测量电阻Rs连接后与电源地连接，接收线圈Lj、接收匹配电容Cj并联后与增压电路连接，其特征在于：增压电路包括场场效应管UA、升压电感LS、升压电容CS、二极管DS，升压电感LS与场效应管UA的漏极和栅极G连接，升压电容CS、二极管DS串联后与升压电感LS和电源地连接，场效应管UA的源极S与储能电路连接，当电压过低时，场效应管UA关断，输入信号给升压电感LS储能，当电压适合于充电时时，场效应管UA导通，输入信号和升压电感LS一起给负载和储能电路提供能量。
2.根据权利要求1所述的一种输出电压稳定的无线能量传递装置，其特征在于：储能元件采用超级法拉电容器CA或化学电池DA，或二者并联接入。
3.根据权利要求1或2所述的一种输出电压稳定的无线能量传递装置，其特征在于：波形产生器与晶闸管D的栅极连接，电流检测电路采集测量电阻Rs的电流，控制电路采集电流检测电路输出的电压信号并控制波形产生器产生波形，波形产生器包括频率产生芯片U1、晶振模块U2、脉宽调节电路，晶振模块U2与频率产生芯片U1芯片连接，为频率产生芯片U1提供稳定的频率源，频率产生芯片U1的控制引脚与控制电路连接，通过控制电路输出控制指令使频率产生芯片U1的输出端OUT输出不同的频率，频率产生芯片U1的输出端OUT与脉宽调节电路输入连接；脉宽调节电路包括定时器U3、电阻R、滑动电阻R1和电容C5，定时器U3的第6和7脚接入电阻R和电容C5，2脚作为启动，3脚作为频率信号输出脚，5脚施加电压V1，5脚通过串联滑动电阻R1与电源连接，电压V1与VCC电压的值决定了输出信号f1的脉宽；电流检测电路包括三极管、二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一电阻R1与三极管的发射极连接后接地，第二电阻R2与测量电阻Rs并联后与三极管的基极连接，第三电阻R3一端连接电源，另一端与三极管的基极连接，二极管D1阳极接入第四电阻R4后与电源连接，二极管D1阴极与三极管的集电极连接。
4.根据权利要求3所述的一种输出电压稳定的无线能量传递装置，其特征在于：电容C5为0.1uF的电容。
5.根据权利要求3所述的一种输出电压稳定的无线能量传递装置，其特征在于：第四电阻R4为0.1KΩ的电阻，测量电阻Rs为0.51Ω，第二电阻R2为7.2KΩ，第三电阻R3为47KΩ。
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