一種無線能量傳輸裝置的制造方法
【專利摘要】一種無線能量傳輸裝置，它涉及一種無線能量傳輸裝置。本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的無線能量傳輸裝置在能量傳輸過程中不能有效的消除電網(wǎng)波動(dòng)對電源的影響，同時(shí)也不能很好的抑制電源的高頻諧波對電網(wǎng)干擾的問題。本實(shí)用新型包括EMI濾波模塊、功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊、高頻逆變模塊、無線傳輸模塊、數(shù)字控制器以及驅(qū)動(dòng)模塊。其中EMI濾波模塊與功率因數(shù)校正模塊相連，功率因數(shù)校正模塊與DC/DC穩(wěn)壓模塊相連，DC/DC穩(wěn)壓模塊高頻逆變模塊相連，高頻逆變模塊與無線傳輸模塊相連，數(shù)字控制器通過驅(qū)動(dòng)模塊分別與功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊及高頻逆變模塊相連。本實(shí)用新型在整體上有效的降低了電磁干擾問題，減少了對電網(wǎng)的諧波污染，同時(shí)提高了系統(tǒng)的傳輸效率。
【專利說明】
一種無線能量傳輸裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種無線能量傳輸裝置，屬于能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線能量傳輸，也稱無接觸式能量傳輸，指的是能量從發(fā)射端到接收端的一種沒有經(jīng)過電氣直接接觸的能量傳輸方式。在電源接入電網(wǎng)后，既存在著電網(wǎng)波動(dòng)對電源的影響，同時(shí)也存在著電源的高頻諧波對電網(wǎng)的干擾;并且在能量傳輸過程中產(chǎn)生的尖峰脈沖對電網(wǎng)污染嚴(yán)重。目前，現(xiàn)有的無線充電裝置普遍不能有效地解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的無線能量傳輸裝置在能量傳輸過程中由于不能有效消除電網(wǎng)波動(dòng)對電源的影響和不能有效的抑制尖峰脈沖對電網(wǎng)的污染，因而存在對電網(wǎng)污染嚴(yán)重和傳輸效率低的問題。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種閉環(huán)無線能量傳輸裝置，包括EMI濾波模塊、功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊、高頻逆變模塊、無線傳輸模塊、數(shù)字控制器以及驅(qū)動(dòng)模塊。其中EMI濾波模塊與功率因數(shù)校正模塊相連，功率因數(shù)校正模塊與DC/DC穩(wěn)壓模塊相連，DC/DC穩(wěn)壓模塊與高頻逆變模塊相連，高頻逆變模塊與無線傳輸模塊相連，數(shù)字控制器通過驅(qū)動(dòng)模塊分別與功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊及高頻逆變模塊相連。
[0005]所述的EMI濾波模塊包括共模濾波器和差模濾波器，其中共模濾波器由第一電容CXl、第二電容CX2、第一扼流線圈LF2、第三電容CY5、第四電容CY6、第五電容CY7和第二扼流線圈LF5組成，所述第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)，第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)，由第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)組成的部分通過第一扼流線圈LF2與由第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)組成的部分進(jìn)行串聯(lián)，由第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)組成的部分與由第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)組成的部分經(jīng)過第一扼流線圈LF2串聯(lián)后再通過第二扼流線圈LF5與后面的功率因數(shù)校正模塊進(jìn)行串聯(lián);差模濾波器由第六電容MOVl、第七電容M0V2、第一扼流線圈LF2和第八電容M0V3組成，所述第六電容MOVl和第七電容M0V2并聯(lián)，由第六電容MOVI和第七電容M0V2并聯(lián)組成的部分通過第一扼流線圈LF2與第八電容M0V3進(jìn)行串聯(lián);所述共模濾波器和差模濾波器之間由第一扼流線圈LF2連接;EMI濾波模塊的輸入端與電網(wǎng)相連，輸出端與功率因數(shù)校正模塊相連。
[0006]所述的功率因數(shù)校正模塊所述的功率因數(shù)校正模塊包括采用Boost升壓電路構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路，Boost升壓電路的輸入端與功率因數(shù)校正模塊相連，輸出端與DC/DC穩(wěn)壓模塊相連。
[0007]所述的DC/DC穩(wěn)壓模塊包括采用移相全橋式DC/DC變換器，DC/DC穩(wěn)壓模塊的輸入端與Boost升壓電路相連，輸出端與高頻逆變模塊相連。
[0008]所述的高頻逆變電模塊包括采用全橋逆變電路。
[0009]所述的數(shù)字控制器為DSP+CPLD的組合，其中DSP選用TI公司的TMS320F28335，CPLD選用 Altera 公司的 EPM3064ATC100-7。
[0010]所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括選用高速光耦、穩(wěn)壓芯片和高速驅(qū)動(dòng)器，所述數(shù)字控制器的輸出端通過高速光耦連接高速驅(qū)動(dòng)器，高速驅(qū)動(dòng)器的輸出連接功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊和高頻逆變模塊的開關(guān)管，所述穩(wěn)壓芯片的輸出端連接高速光耦。
[0011]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:本實(shí)用新型在電源接入電網(wǎng)的第一級設(shè)計(jì)EMI濾波電路，可以有效的規(guī)避電網(wǎng)波動(dòng)對電源的影響，同時(shí)也防止了電源的高頻諧波對電網(wǎng)的干擾。在進(jìn)行EMI濾波之后進(jìn)行PFC功率因數(shù)校正，能夠有效地提高電路的效率。經(jīng)過的Boost有源功率因數(shù)校正以后，還需要經(jīng)過DC/DC變換器將電壓穩(wěn)定到裝置需要的標(biāo)準(zhǔn)，本裝置中采用的DC/DC變換器是較為經(jīng)典的移相控制全橋變換器，可以有效的提高裝置的傳輸效率。
【附圖說明】
[0012]附圖1是本裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]附圖2是ΕΜΓ濾波電路原理圖。
[0014]附圖3是數(shù)字化功率因數(shù)校正電路圖。
[0015]附圖4是DC/DC移相全橋變換器原理圖。
[0016]附圖5是信號驅(qū)動(dòng)電路示意圖。
[0017]附圖6是尚頻逆變電路不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]結(jié)合【附圖說明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，本實(shí)用新型的一種閉環(huán)無線能量傳輸裝置，包括EMI濾波模塊、功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊、高頻逆變模塊、無線傳輸模塊、數(shù)字控制器以及驅(qū)動(dòng)模塊。
[0019]其中EMI濾波模塊與功率因數(shù)校正模塊相連，功率因數(shù)校正模塊與DC/DC穩(wěn)壓模塊相連，DC/DC穩(wěn)壓模塊與高頻逆變模塊相連，高頻逆變模塊與無線傳輸模塊相連，數(shù)字控制器通過驅(qū)動(dòng)模塊分別與功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊及高頻逆變模塊相連。
[0020]所述的EMI濾波電路中，共模濾波器由第一電容CXl、第二電容CX2、第一扼流線圈LF2、第三電容CY5、第四電容CY6、第五電容CY7和第二扼流線圈LF5組成，所述第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)，第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)，由第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)組成的部分通過第一扼流線圈LF2與由第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)組成的部分進(jìn)行串聯(lián)，由第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)組成的部分與由第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)組成的部分經(jīng)過第一扼流線圈LF2串聯(lián)后再通過第二扼流線圈LF5與后面的功率因數(shù)校正模塊進(jìn)行串聯(lián)，共模濾波器只對共模干擾起抑制作用，對差模信號和輸入電流并無影響；差模濾波器由第六電容MOVl、第七電容M0V2、第一扼流線圈LF2和第八電容M0V3組成，所述第六電容MOVl和第七電容M0V2并聯(lián)，由第六電容MOVl和第七電容M0V2并聯(lián)組成的部分通過第一扼流線圈LF2與第八電容M0V3進(jìn)行串聯(lián)，差模濾波器只對差模信號起抑制作用，可以過濾掉有源功率因數(shù)校正電路產(chǎn)生的高頻紋波電流。
[0021]所述的功率因數(shù)校正電路采用Boost升壓電路構(gòu)成PFC電路，如圖3所示，其中功率開關(guān)管選擇UTC公司的N溝道MOSFET管12N06，續(xù)流二極管選擇ST公司的快速恢復(fù)二極管STTH8 S06。選用平均電流控制法為該P(yáng)FC電路的控制策略，引入電壓電流雙閉環(huán)反饋，采用傳統(tǒng)的PI算法，簡單可靠，動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)迅速。首先將采樣得到的輸入電壓、電感電流、輸出電壓送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量再進(jìn)行PI運(yùn)算。數(shù)字化的輸出電壓同給定的輸出電壓基準(zhǔn)值進(jìn)行比較后通過電壓外環(huán)調(diào)節(jié)保持輸出電壓穩(wěn)定，電壓環(huán)的輸出信號與數(shù)字化的輸入電壓相乘作為電感電流的給定基準(zhǔn)，同數(shù)字化的電感電流比較后通過電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)輸出誤差放大信號，最后通過PWM生成器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號控制開關(guān)管的開通與關(guān)斷。
[0022]所述的DC/DC穩(wěn)壓電路采用的是較為經(jīng)典的移相控制全橋DC/DC變換器，如圖4所示，其中功率開關(guān)管選擇UTC公司的N溝道MOSFET管12N06，整流二極管選擇FAIRCHILD公司的超快速整流器FFPF10UP20S。移相全橋式變換器的區(qū)別不僅是在電路中增加了一個(gè)諧振電感U，并且同時(shí)在全橋電路中的每個(gè)開關(guān)器件并聯(lián)一個(gè)諧振電容，其電容值C1=C2，C3=C4。對于整個(gè)移相全橋電路，諧振電感Lr與諧振電容Cb相串聯(lián)，使其發(fā)生串聯(lián)諧振，從而使整個(gè)移相全橋電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，降低功率開關(guān)管的開關(guān)損耗，進(jìn)而提升電源的使用效率。
[0023]所述驅(qū)動(dòng)電路包括高速光耦、穩(wěn)壓芯片和驅(qū)動(dòng)器，所述發(fā)射端控制模塊的輸出端通過高速光耦連接驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接逆變模塊的開關(guān)管，所述穩(wěn)壓芯片的輸出端連接高速光耦，處理器STM32F103輸出的驅(qū)動(dòng)電平不足以使功率MOSFET開關(guān)管的門極觸發(fā)，因此需要增加驅(qū)動(dòng)電路放大觸發(fā)電平以驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路還可以起到隔離主電路與控制電路的作用。圖4為信號驅(qū)動(dòng)電路，圖3中6N137為高速光耦合器，用于將主電路和控制電路進(jìn)行隔離。TLE4626是一款穩(wěn)壓芯片，將輸出電壓穩(wěn)定在5V供6N137使用。6N137中引腳7是使能端，當(dāng)引腳7加有5V電壓時(shí)允許接收端引腳2工作，引腳6是輸出端，與高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器TC4420的輸入端引腳2相連。TC4420是同向輸出，S卩PffM SIN輸入為高電平時(shí)，端口 G輸出的也是高電平，PffM SIN輸入為低電平時(shí)，端口 G輸出的也是低電平。
[0024]所述的全橋高頻逆變電路中，選用大功率MOSFET作為逆變電路的可控開關(guān)器件，選擇ST微電子公司的N溝道MOSFET管STP14NF10FP，其額定電壓為100V，額定電流為15A。在逆變電路中，開關(guān)管的開通和關(guān)斷的瞬間會產(chǎn)生很大的脈沖尖峰即為浪涌電壓，這些脈沖尖峰由于瞬間電壓過高，很可能損壞MOSFET開關(guān)管，所以對脈沖尖峰的緩沖吸收效果直接影響開關(guān)管的參數(shù)性能和工作壽命。圖6中MOSFET開關(guān)管旁由電阻R、電容C、二極管D組成了充放電RCD吸收電路，將浪涌電壓在電阻上以熱能消耗，此緩沖吸收電阻選用大功率電阻。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無線能量傳輸裝置，包括EMI濾波模塊、功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊、高頻逆變模塊、無線傳輸模塊、數(shù)字控制器以及驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:EMI濾波模塊與功率因數(shù)校正模塊相連，功率因數(shù)校正模塊與DC/DC穩(wěn)壓模塊相連，DC/DC穩(wěn)壓模塊與高頻逆變模塊相連，高頻逆變模塊與無線傳輸模塊相連，數(shù)字控制器通過驅(qū)動(dòng)模塊分別與功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊及高頻逆變模塊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線能量傳輸裝置，其特征在于:所述的EMI濾波模塊包括共模濾波器和差模濾波器，其中共模濾波器由第一電容CXl、第二電容CX2、第一扼流線圈LF2、第三電容CY5、第四電容CY6、第五電容CY7和第二扼流線圈LF5組成，所述第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)，第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)，由第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)組成的部分通過第一扼流線圈LF2與由第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)組成的部分進(jìn)行串聯(lián)，由第一電容CXl和第二電容CX2并聯(lián)組成的部分與由第三電容CY5和第五電容CY7并聯(lián)后與第四電容CY6串聯(lián)組成的部分經(jīng)過第一扼流線圈LF2串聯(lián)后再通過第二扼流線圈LF5與后面的功率因數(shù)校正模塊進(jìn)行串聯(lián);差模濾波器由第六電容MOVl、第七電容M0V2、第一扼流線圈LF2和第八電容M0V3組成，所述第六電容MOVl和第七電容M0V2并聯(lián)，由第六電容MOVl和第七電容M0V2并聯(lián)組成的部分通過第一扼流線圈LF2與第八電容M0V3進(jìn)行串聯(lián);所述共模濾波器和差模濾波器之間由第一扼流線圈LF2連接;EMI濾波模塊的輸入端與電網(wǎng)相連，輸出端與功率因數(shù)校正模塊相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線能量傳輸裝置，其特征在于:所述的功率因數(shù)校正模塊包括采用Boost升壓電路構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路，Boost升壓電路的輸入端與功率因數(shù)校正模塊相連，輸出端與DC/DC穩(wěn)壓模塊相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線能量傳輸裝置，其特征在于:所述的DC/DC穩(wěn)壓模塊包括采用移相全橋式DC/DC變換器，DC/DC穩(wěn)壓模塊的輸入端與Boost升壓電路相連，輸出端與高頻逆變模塊相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線能量傳輸裝置，其特征在于:所述的高頻逆變電模塊包括采用全橋逆變電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線能量傳輸裝置，其特征在于:所述的數(shù)字控制器為DSP + CPLD的組合，其中DSP選用TI公司的TMS320F28335，CPLD選用Altera公司的EPM3064ATC100-7。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線能量傳輸裝置，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括選用高速光耦、穩(wěn)壓芯片和高速驅(qū)動(dòng)器，所述數(shù)字控制器的輸出端通過高速光耦連接高速驅(qū)動(dòng)器，高速驅(qū)動(dòng)器的輸出連接功率因數(shù)校正模塊、DC/DC穩(wěn)壓模塊和高頻逆變模塊的開關(guān)管，所述穩(wěn)壓芯片的輸出端連接高速光耦。
【文檔編號】H02J3/01GK205622230SQ201620356733
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】朱萌, 張佳梁, 王傳宇, 梁晶
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)