一種無線充電電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無線充電電路，該無線充電電路包括諧振電感的一次側(cè)電路、諧振電感的二次側(cè)電路和控制電路。其中諧振電感的一次側(cè)電路包括：第一二極管全橋整流電路、高頻逆變電路、諧振電感的初次側(cè)諧振電路。諧振電感的二次側(cè)電路包括：諧振電感L1的二次側(cè)諧振電路、電子電容電路、第二二極管全橋整流電路、充電電池E?？刂齐娐钒ǎ旱谝浑妷簜鞲衅?、第二電壓傳感器、AD轉(zhuǎn)換模塊電路、DSP控制電路和PWM驅(qū)動電路。本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，將電子電容電路等效為一個可變的電容，根據(jù)不同的電池充電情況，實時改變電路的諧振頻率，提高充電效率。
【專利說明】一種無線充電電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及無線充電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用電子電容電路的無線充電電路。

【背景技術(shù)】
[0002]所謂無線充電，即在沒有電纜的情況下，靠電磁場或其他的物質(zhì)進行耦合，實現(xiàn)電能的無線傳輸。無線充電利用物理學的“共振”原理一一兩個振動頻率相同的物體能高效傳輸能量。無線傳輸電能包括:耦合電感式、電磁諧振式和光耦合這三種常見的無線充電方式，其中電磁諧振式能達到比較高的效率，被廣泛地應(yīng)用到無線充電產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域。
[0003]從理論來說，無線充電技術(shù)對人體安全無害處，無線充電使用的共振原理是磁場共振，只在以同一頻率共振的線圈之間傳輸，而其他裝置無法接受波段，另外，無線充電技術(shù)使用的磁場本身就是對人體無害的。
[0004]電磁諧振式在充電效率的提高上，一直是國內(nèi)專家們研究的一個重點方向，本實用新型在一定程度上彌補了該種方法的一些不足，提高了無線充電的效率。
[0005]隨著iPhone、iPad等對電量充滿“饑渴”的設(shè)備迅速興起，研發(fā)無線充電等突破性充電技術(shù)的需求日益提高。富士通在一份聲明中說:“這項技術(shù)將為手機集合緊湊型無線充電功能以及同時為多個便攜式設(shè)備充電鋪平道路。對多個設(shè)備充電時，設(shè)備相對于充電器的位置沒有任何限制?！币虼?，無線充電技術(shù)有及其廣闊的市場前景和應(yīng)用價值。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種無線充電電路，可應(yīng)用于手機電池、電動汽車車載鋰離子等進行充電。
[0007]本實用新型通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0008]一種無線充電電路，其包括:諧振電感的一次側(cè)電路、諧振電感的二次側(cè)電路和控制電路。其中諧振電感的一次側(cè)電路包括:第一二極管全橋整流電路、高頻逆變電路、諧振電感的初次側(cè)諧振電路。諧振電感的二次側(cè)電路包括:諧振電感的二次側(cè)諧振電路、電子電容電路、第二二極管全橋整流電路、充電電池?？刂齐娐钒?第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、AD轉(zhuǎn)換模塊電路、DSP控制電路和PWM驅(qū)動電路。
[0009]輸入電源AC經(jīng)過第一二極管全橋整流電路后產(chǎn)生直流電壓，再經(jīng)過高頻逆變電路產(chǎn)生高頻交流電壓，再通過諧振電感，能量傳輸?shù)蕉蝹?cè)，接著經(jīng)過電子電容電路追蹤諧振頻率，最后經(jīng)過第二二極管全橋整流電路來給電池充電?？刂齐娐吠ㄟ^第一電壓傳感器和第二電壓傳感器采樣電壓作為輸入，控制電路輸出的八路驅(qū)動信號控制開關(guān)管的動作達到最高的充電效率。
[0010]進一步地，第一二極管整流電路由第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管組成，整流電路對市電進行整流，其輸出經(jīng)過第一電容進行穩(wěn)壓并濾波。
[0011]進一步地，高頻逆變電路由第一 IGBT開關(guān)管、第二 IGBT開關(guān)管、第三IGBT開關(guān)管和第四IGBT開關(guān)管組成。第一 IGBT開關(guān)管的集電極、第二 IGBT開關(guān)管的集電極與第一電容的正端相連，第一 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第三IGBT開關(guān)管的集電極相連，第二 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第四IGBT開關(guān)管的集電極相連，第三IGBT開關(guān)管的發(fā)射極、第四IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第一電容的負極相連；上述高頻逆變電路對整流后的電壓進行逆變，產(chǎn)生10kHz的高頻交流電。
[0012]進一步地，諧振電感的初次側(cè)諧振電路是由第三電容和諧振電感的初次側(cè)串聯(lián)組成，初次側(cè)諧振電路的一端接在第一 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極,初次側(cè)第一諧振電路的另一端接在第二 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極；諧振電感的初次側(cè)流過正負交替的高頻交變電流，以便將能量送到諧振電感的次級側(cè)；諧振電感的二次側(cè)諧振電路是由諧振電感的二次側(cè)和電子電容電路串聯(lián)組成。
[0013]進一步地，電子電容電路由第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管、第八IGBT開關(guān)管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管和第二電容組成；其中第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的門控極均接有一路PWM驅(qū)動電路，這四路PWM驅(qū)動電路的波形兩兩相同，第五IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的門控極所接入的PWM波形相同，第六IGBT開關(guān)管和第七IGBT開關(guān)管的門控極所接入的PWM波形相同；第五IGBT開關(guān)管的集電極、第六IGBT開關(guān)管的集電極和第二電容的正端連接；第五IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第七IGBT開關(guān)管的集電極極接；第七IGBT開關(guān)管的發(fā)射極、第八IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第二電容的負端連接；第八IGBT開關(guān)管的集電極和第六IGBT開關(guān)管的發(fā)射極連接；第五二極管、第六二極管、第七二極管和第八二極管均反并聯(lián)在第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的兩端；從第五IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第六IGBT開關(guān)管的發(fā)射極各引出一根線作為電子電容電路的兩端。
[0014]進一步地，第二二極管全橋整流電路(第九二極管、第十二極管、第十一二極管和第十二二極管)對第一諧振電路二次側(cè)的電壓進行整流，輸出經(jīng)過第四電容，得到的電壓給電池充電。
[0015]進一步地，第一電壓傳感器和第二電壓傳感器分別并聯(lián)第一電容和第三電容的兩偵U。采樣得到的電壓作為AD轉(zhuǎn)換模塊電路的輸入。AD轉(zhuǎn)換模塊電路是由一款精度較高的運算放大器組成的兩個求和電路，將采樣得到的電壓轉(zhuǎn)換到O — 3.3V，以便于DSP芯片的信號處理。
[0016]進一步地，DSP控制電路是由一款DSP芯片及外圍電路組成的，AD轉(zhuǎn)換模塊電路輸出的電壓經(jīng)過DSP控制電路的采樣來產(chǎn)生八路未經(jīng)驅(qū)動的PWM波形，八路未經(jīng)驅(qū)動的PWM波形經(jīng)過PWM驅(qū)動電路后，分別送到指定IGBT開關(guān)管的門控極，控制上述IGBT開關(guān)管的通斷。
[0017]進一步地，PWM驅(qū)動電路是由分立元件組成的八路相同的驅(qū)動電路，將上述的八路不同占空比的PWM波形經(jīng)過上述八路驅(qū)動電路，得到PWMl—PWM8，分別驅(qū)動第一 IGBT開關(guān)管至第八IGBT開關(guān)管。
[0018]電路工作時，首先經(jīng)過第一二極管整流電路將交流電AC整流并濾波，接著經(jīng)過高頻逆變電路產(chǎn)生高頻電壓，經(jīng)過諧振電感的一次側(cè)和二次側(cè)電路，高頻電壓傳遞到二次側(cè)。在電子電容的作用下，可通過控制電子電容電路的四個開關(guān)管的動作來尋找最佳效率的電容值。最后再通過第二二極管整流電路給電池充電。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:
[0020]本實用新型基于電磁共振和電子電容電路的等效原理，將電子電容電路等效為一個可變的電容，根據(jù)不同的電池充電情況，實時改變電路的諧振頻率，提高充電效率。該電路不僅節(jié)約了經(jīng)濟成本，而且提高了充電效率，節(jié)約了電能，具有良好的市場前景和經(jīng)濟效益。該實用新型將大量應(yīng)用到手機電池充電、電動汽車車載鋰離子充電等無線充電領(lǐng)域。通過改進無線充電設(shè)備來提高已有的充電效率，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是無線充電電路的諧振電感LI的一次側(cè)電路；
[0022]圖2是無線充電電路的諧振電感LI的二次側(cè)電路；
[0023]圖3是無線充電電路的控制電路；
[0024]圖4是無線充電電路的系統(tǒng)圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明，但本實用新型的實施和保護范圍不限于此，需指出的是，以下若有未特別詳細說明的內(nèi)容，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。
[0026]圖1為無線充電電路的諧振電感LI的一次側(cè)電路。
[0027]諧振電感LI的一次側(cè)電路包括:第一二極管全橋整流電路、高頻逆變電路、諧振電感LI的初次側(cè)諧振電路。第一二極管全橋整流電路由第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三二極管VD3和第四二極管VD4組成，整流電路對市電進行整流，其輸出經(jīng)過第一電容Cl進行穩(wěn)壓并濾波。
[0028]高頻逆變電路由第一 IGBT開關(guān)管VT1、第二 IGBT開關(guān)管VT2、第三IGBT開關(guān)管VT3和第四IGBT開關(guān)管VT4組成。第一 IGBT開關(guān)管的集電極、第二 IGBT開關(guān)管的集電極與第一電容的正端相連，第一 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第三IGBT開關(guān)管的集電極相連，第二 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第四IGBT開關(guān)管的集電極相連，第三IGBT開關(guān)管的發(fā)射極、第四IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第一電容的負極相連；上述高頻逆變電路對整流后的電壓進行逆變，產(chǎn)生10kHz的高頻交流電。
[0029]諧振電感LI的初次側(cè)諧振電路是由第三電容C3和諧振電感LI的初次側(cè)串聯(lián)組成，初次側(cè)諧振電路的一端接在第一 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極,初次側(cè)第一諧振電路的另一端接在第二 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極；諧振電感的初次側(cè)流過正負交替的高頻交變電流，以便將能量送到諧振電感的次級側(cè)；諧振電感LI的二次側(cè)諧振電路是由諧振電感的二次側(cè)和電子電容電路串聯(lián)組成。
[0030]市電經(jīng)過第一二極管整流電路和第一電容穩(wěn)壓后，得到的電壓作為高頻逆變電路的輸入，高頻化之后的輸出作為諧振電路的一次側(cè)的輸入，第一電容Cl的端電壓作為第一電壓傳感器的輸入。這部分電路主要完成市電的整流和逆變，從而產(chǎn)生高頻的交流電壓，將能量由一次側(cè)傳遞到二次側(cè)。
[0031]圖2為無線充電電路的諧振電感LI的二次側(cè)電路。
[0032]諧振電感LI的二次側(cè)電路包括:諧振電感LI的二次側(cè)諧振電路、電子電容電路、第二二極管全橋整流電路、充電電池E。
[0033]電子電容電路由第五IGBT開關(guān)管VT5、第六IGBT開關(guān)管VT6、第七IGBT開關(guān)管VT7、第八IGBT開關(guān)管VT8、第五二極管VD5、第六二極管VD6、第七二極管VD7、第八二極管VD8和第二電容C2組成；其中第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的門控極均接有一路PWM驅(qū)動電路，這四路PWM驅(qū)動電路的波形兩兩相同，第五IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的門控極所接入的PWM波形相同，第六IGBT開關(guān)管和第七IGBT開關(guān)管的門控極所接入的PWM波形相同；第五IGBT開關(guān)管的集電極、第六IGBT開關(guān)管的集電極和第二電容的正端連接；第五IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第七IGBT開關(guān)管的集電極極接；第七IGBT開關(guān)管的發(fā)射極、第八IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第二電容的負端連接；第八IGBT開關(guān)管的集電極和第六IGBT開關(guān)管的發(fā)射極連接；第五二極管、第六二極管、第七二極管和第八二極管均反并聯(lián)在第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的兩端；從第五IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第六IGBT開關(guān)管的發(fā)射極各引出一根線作為電子電容電路的兩端。
[0034]第二二極管全橋整流電路(第九二極管VD1、第十二極管VD2、第i^一二極管VD3和第十二二極管VD4)對諧振電路二次側(cè)的電壓進行整流，輸出經(jīng)過第四電容C4，得到的電壓給電池充電。
[0035]充電電路通過諧振電感二次側(cè)和電子電容組成的諧振電路，接收一次側(cè)傳遞的電能。經(jīng)過第二二極管全橋整流電路和第四電容后，給電池充電，第四電容C4的端電壓作為第二電壓傳感器的輸入。這部分電路主要完成電子電容電路的電容調(diào)節(jié)，從而尋找合適的諧振頻率。
[0036]圖3為無線充電電路的控制電路。
[0037]DSP控制電路可以采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，是由一款DSP芯片及外圍電路組成的，AD轉(zhuǎn)換模塊電路輸出的電壓經(jīng)過DSP控制電路的采樣來產(chǎn)生八路未經(jīng)驅(qū)動的PWM波形，八路未經(jīng)驅(qū)動的PWM波形經(jīng)過PWM驅(qū)動電路后，分別送到指定IGBT開關(guān)管的門控極，控制上述IGBT開關(guān)管的通斷。
[0038]作為實例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過DSP控制電路對第一電壓傳感器和第二電壓傳感器采樣得到的電壓進行一定的比例換算后，得到的數(shù)值來產(chǎn)生八路不同占空比的PWM波形。
[0039]PWM驅(qū)動電路是由分立元件組成的八路相同的驅(qū)動電路，將上述的八路不同占空比的PWM波形經(jīng)過上述八路驅(qū)動電路，得到PWMl—PWM8，分別驅(qū)動第一 IGBT開關(guān)管至第八IGBT開關(guān)管。
[0040]控制電路的輸入為第一電壓傳感器和第二電壓傳感器的輸出，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊的信號調(diào)理之后，輸入到DSP中處理。DSP的輸出一路直接作為八路PWM驅(qū)動模塊的輸入，一路經(jīng)過反相器之后輸入到八路PWM驅(qū)動模塊。八路PWM驅(qū)動模塊的輸出為八路PWM信號，作為各開關(guān)管的驅(qū)動信號。
[0041]圖4為無線充電電路的系統(tǒng)圖。輸入電源AC經(jīng)過第一二極管全橋整流電路后產(chǎn)生直流電壓，再經(jīng)過高頻逆變電路產(chǎn)生高頻交流電壓，再通過諧振電感LI，能量傳輸?shù)蕉蝹申蚪又?jīng)過電子電容電路追蹤諧振頻率，最后經(jīng)過第二二極管全橋整流電路來給電池充電?？刂齐娐吠ㄟ^第一電壓傳感器和第二電壓傳感器米樣電壓作為輸入，控制電路輸出的八路驅(qū)動信號控制開關(guān)管的動作達到最高的充電效率。
[0042]由上述內(nèi)容可知，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過上述電路，利用電子電容電路實時跟蹤充電電路的諧振點，即可實現(xiàn)充電的最大效率。該實用新型能大量應(yīng)用到手機電池充電、電動汽車車載鋰離子充電及其他無線充電領(lǐng)域。通過改進無線充電設(shè)備來提高已有的充電效率，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
【權(quán)利要求】
1.一種無線充電電路，其特征在于包括:諧振電感的一次側(cè)電路、諧振電感的二次側(cè)電路和控制電路；其中諧振電感的一次側(cè)電路包括:第一二極管全橋整流電路、高頻逆變電路、諧振電感的初次側(cè)諧振電路；諧振電感的二次側(cè)電路包括:諧振電感的二次側(cè)諧振電路、電子電容電路、第二二極管全橋整流電路、充電電池；控制電路包括:第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、AD轉(zhuǎn)換模塊電路、DSP控制電路和PWM驅(qū)動電路；輸入電源AC通過第一二極管全橋整流電路產(chǎn)生直流電壓，再經(jīng)過高頻逆變電路產(chǎn)生高頻交流電壓，通過諧振電感的初次側(cè)，將能量傳輸?shù)街C振電感的二次側(cè)，接著經(jīng)過電子電容電路追蹤諧振頻率，最后經(jīng)過第二二極管全橋整流電路來給電池充電；控制電路通過第一電壓傳感器和第二電壓傳感器采樣電壓作為輸入，控制電路輸出的八路驅(qū)動信號控制開關(guān)管的動作達到最高的充電效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，第一二極管整流電路由第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管組成，整流電路對市電進行整流，其輸出經(jīng)過第一電容進行穩(wěn)壓并濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，高頻逆變電路由第一IGBT開關(guān)管、第二 IGBT開關(guān)管、第三IGBT開關(guān)管和第四IGBT開關(guān)管組成；第一 IGBT開關(guān)管的集電極、第二 IGBT開關(guān)管的集電極與第一電容的正端相連，第一 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第三IGBT開關(guān)管的集電極相連，第二 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第四IGBT開關(guān)管的集電極相連，第三IGBT開關(guān)管的發(fā)射極、第四IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與第一電容的負極相連；上述高頻逆變電路對整流后的電壓進行逆變，產(chǎn)生10kHz的高頻交流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，諧振電感的初次側(cè)諧振電路是由第三電容和諧振電感的初次側(cè)串聯(lián)組成，初次側(cè)諧振電路的一端接在第一 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極，初次側(cè)第一諧振電路的另一端接在第二 IGBT開關(guān)管的發(fā)射極；諧振電感的初次側(cè)流過正負交替的高頻交變電流，以便將能量送到諧振電感的次級側(cè)；諧振電感的二次側(cè)諧振電路是由諧振電感的二次側(cè)和電子電容電路串聯(lián)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，電子電容電路由第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管、第八IGBT開關(guān)管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管和第二電容組成；其中第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的門控極均接有一路PWM驅(qū)動電路，這四路PWM驅(qū)動電路的波形兩兩相同，第五IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的門控極所接入的PWM波形相同，第六IGBT開關(guān)管和第七IGBT開關(guān)管的門控極所接入的PWM波形相同；第五IGBT開關(guān)管的集電極、第六IGBT開關(guān)管的集電極和第二電容的正端連接；第五IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第七IGBT開關(guān)管的集電極極接；第七IGBT開關(guān)管的發(fā)射極、第八IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第二電容的負端連接；第八IGBT開關(guān)管的集電極和第六IGBT開關(guān)管的發(fā)射極連接；第五二極管、第六二極管、第七二極管和第八二極管均反并聯(lián)在第五IGBT開關(guān)管、第六IGBT開關(guān)管、第七IGBT開關(guān)管和第八IGBT開關(guān)管的兩端；從第五IGBT開關(guān)管的發(fā)射極和第六IGBT開關(guān)管的發(fā)射極各引出一根線作為電子電容電路的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，第二二極管全橋整流電路對諧振電路二次側(cè)的電壓進行整流，輸出經(jīng)過第四電容，得到的電壓給電池充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，第一電壓傳感器和第二電壓傳感器分別并聯(lián)第一電容和第三電容的兩側(cè)；采樣得到的電壓作為AD轉(zhuǎn)換模塊電路的輸入；AD轉(zhuǎn)換模塊電路是由運算放大器組成的兩個求和電路，將采樣得到的電壓轉(zhuǎn)換到0—3.3V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，DSP控制電路是由DSP芯片及外圍電路組成的，AD轉(zhuǎn)換模塊電路輸出的電壓經(jīng)過DSP控制電路的采樣來產(chǎn)生八路未經(jīng)驅(qū)動的PWM波形，八路未經(jīng)驅(qū)動的PWM波形經(jīng)過PWM驅(qū)動電路后，分別送到指定IGBT開關(guān)管的門控極，控制上述IGBT開關(guān)管的通斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電電路，其特征在于，PWM驅(qū)動電路是由分立元件組成的八路相同的驅(qū)動電路，將八路不同占空比的PWM波形經(jīng)過上述八路驅(qū)動電路，得到PWMl—PWM8，分別驅(qū)動第一 IGBT開關(guān)管至第八IGBT開關(guān)管。
【文檔編號】H02J7/00GK204205648SQ201420649997
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】康龍云, 陳凌宇, 黃志臻 申請人:華南理工大學