一种用于无线电能传输的有源整流器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于无线电能传输装置的有源整流器，该有源整流器结构包括能量接受模块和整流模块和控制模块三部分组成。其中，能量接受模块，用于将空间的电磁波能量转换为谐振交流电流，并将交流电流传递给整流模块；整流模块，用于将能量接受模块中的谐振交流电流整流成直流；控制模块，用于控制整流模块的工作方式，使得整流模块输出的直流电压恒定。本发明专利技术通过控制开关管S实现输出电压的稳定控制，通过控制整流模块中的开关管S的占空比，控制输出侧接受的脉冲个数实现电压控制；不需要级联DC‑DC变换器，仅需采样检测输出电压即可，不需要相位检测装置，大大提高效率，简化结构，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无线电能传输的有源整流器
：本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种用于无线电能传输的有源整流器。
技术介绍
：近年来，无线电能传输技术得到了快速的发展。但是，在没有无线通信条件下，无线电能装置的接受侧能量拾取和电压稳定的精确控制一直是一大难题。传统无线电能传输装置发射电路采用逆变器产生高频电磁场，接受线圈产生电磁感应。接受侧实现电压稳定的常见方法有三种：发射侧控制的二极管整流方式、接受侧级联DC-DC变换器的调压方式、有源整流方式。对于发射侧控制的二极管整流方式，当负载或线圈距离变化时，为了实现接受线圈的稳压，需要调节发射侧逆变器的电压或频率来稳定接受侧的电压。这种方法控制方式，成本高，往往需要增加辅助无线通信装置。对于接受侧级联DC-DC变换器的调压方式，为了实现稳定副边接受侧电压稳定，需要增加DC-DC变换器的方式实现稳压，增加装置成本。对于传统有源整流电流实现稳压方式，需要检测电压电流相位，实现有源整流开关管的控制，实现稳压。控制电路复杂。传统无线电能传输的接受侧电压稳定控制方法存在不足。
技术实现思路
：本专利技术的目的是为了实现无线电能传输装置接收侧的有源整流，在无需辅助电路的情况下，实现电压的精确控制，因此提供了一种用于无线电能传输的有源整流器。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种用于无线电能传输的有源整流器，包括能量接受模块、整流模块和控制模块；其中，能量接受模块，用于将空间的电磁波能量转换为谐振交流电流，并将谐振交流电流传递给整流模块；整流模块，用于将能量接受模块中的谐振交流电流整流成直流；控制模块，用于控制整流模块的工作方式，使得整流模块输出的直流电压恒定。本专利技术进一步的改进在于，能量接受模块包括依次串联的接收线圈L2和补偿电容C2；整流模块包括开关管S以及依次串联的第一整流二极管D1、第二整流二极管D2和输出滤波电容Cf；控制模块包括依次串联的采样电路、PWM控制器和开关管驱动电路；其中，第一整流二极管D1阳极连接第二整流二极管D2阴极，第一整流二极管D1阴极连接输出滤波电容Cf正极，输出滤波电容Cf负极连接第二整流二极管D2阳极；开关管S与第二整流二极管D2并联连接，第二整流二极管D2阴极连接开关管S漏极，第二整流二极管D2阳极连接开关管S源极；采样电路输入端连接输出滤波电容Cf正极，采样电路输出串联PWM控制器输入端，PWM控制器输出端连接开关管驱动电路输入端，开关管驱动电路输出端连接开关管S栅极；接收线圈L2连接补偿电容C2、第二整流二极管D2阳极，补偿电容C2连接接收线圈L2、第二整流二极管D2阴极；工作时，负载与输出滤波电容Cf并联连接。本专利技术进一步的改进在于，能量接受模块中的接收线圈L2和补偿电容C2发生高频谐振，高频谐振产生高频正弦电流环流，用于接收无线电能发射装置的能量，并作为电流源方式提供正弦电流能量。本专利技术进一步的改进在于，当PWM控制器控制开关管S闭合，将接收线圈L2和补偿电容C2产生的谐振交流电流短路，采用开关管短路的方式阻止能量的传递，能量接受模块存储能量。本专利技术进一步的改进在于，开关管S断开时则第一整流二极管D1、第二整流二极管D2将谐振电流整流输出，输出滤波电容Cf实现滤波；开关管闭合时，开关管S将谐振电流短路，不传输能量。本专利技术进一步的改进在于，当需要接受能量时，PWM控制器输出PWM控制信号，PWM信号频率远低于谐振频率，并以一定占空比开通或关断开关管S。本专利技术进一步的改进在于，采样电路检测输出电压，PWM控制器调节占空比大小，控制开关管驱动器，进而驱动开关管S，不断调整输出脉冲电流的个数，调整输出电流的大小，经过滤波电容滤波，实现稳压。本专利技术进一步的改进在于，采用PWM控制器频率低于接收线圈谐振频率，并通过检测整流模块输出电压作为反馈信号。本专利技术进一步的改进在于，采用PWM控制器产生可调占空比，控制整流器输出电流的平均值大小，PWM控制器控制输出脉冲电流的数量，并且采用滤波电容进行滤波。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术一种用于无线电能传输的有源整流器，包括能量接受模块和整流模块和控制模块；相比传统无线电能传输接受装置，不需要级联DC-DC变换器，大大提高整体效率，简化结构，降低成本；进一步，本专利技术具有电流源特性，有利于电流控制的实现；进一步，本专利技术采用开关管短路的方式阻止能量的传递，可以明显增加系统的动态性能。进一步，本专利技术通过控制开关管S的开通的占空比控制整流电路的工作，控制输出侧接受的脉冲个数实现电压控制，电路结构简化；进一步，本专利技术有源整流的开关管可以工作在任意频率下，降低了控制系统的复杂程度，有源整流的开关管可以低频工作，从而大大降低开关损耗；进一步，本专利技术通过调整开关管S占空比调整整流脉冲的个数，控制输出电流的大小，输出电压的稳定控制，仅需采样检测输出电压，无需复杂的相位检测等辅助电路。附图说明：图1为用于无线电能传输的有源整流器结构框图；图2为用于无线电能传输的有源整流器电路图；图3为接收线圈L2中谐振电流波形；图4为稳态占空比D下，有源整流装置输出电流波形；图5为开关管S闭环时，电路工作状态图；图6为开关管S断开时，电路工作状态图。图中：1-能量接受模块，2-整流模块，22-控制模块，3-接收线圈L2，4-补偿电容C2，5-第一整流二极管D1，6-第二整流二极管D2，7-开关管S，8-输出滤波电容Cf，9-负载，10-采样电路，11-PWM控制器，12-开关管驱动电路。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参考图1为一种用于无线电能传输的有源整流器结构框图，包括能量接受模块1和整流模块2和控制模块22。参考图2为具体的用于无线电能传输的有源整流器电路图；其中，能量接受模块1包括依次串联的接收线圈L23和补偿电容C24。整流模块2包括开关管S7以及依次串联的第一整流二极管D15、第二整流二极管D26和输出滤波电容Cf8。控制模块22包括依次串联的采样电路10、PWM控制器11和开关管驱动电路12。其中，第一整流二极管D15阳极连接第二整流二极管D26阴极，第一整流二极管D15阴极连接输出滤波电容Cf8正极，输出滤波电容Cf8负极连接第二整流二极管D26阳极；开关管S7与第二整流二极管D26并联连接，第二整流二极管D26阴极连接开关管S7漏极，第二整流二极管D26阳极连接开关管S7源极。采样电路10输入端连接输出滤波电容Cf8正极，采样电路10输出串联PWM控制器11输入端，PWM控制器11输出端连接开关管驱动电路12输入端，开关管驱动电路12输出端连接开关管S7栅极。接收线圈L23连接补偿电容C24、第二整流二极管D26阳极，补偿电容C24连接接收线圈L23、第二整流二极管D26阴极。工作时，负载9与输出滤波电容Cf8并联连接。参考图3为接收线圈L2中谐振电流波形；能量接受模块1中的接收线圈L23和补偿电容C24发生高频谐振，谐振产生高频电流环流，以接受无线电能发射装置的能量。能量接受模块1作为电流源方式提供电流能量。参考图5为开关管S闭环时，电路工作状态；当PWM控制器11控制开关管S7闭合，将接收侧电容和电感产生谐振电流短路。采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线电能传输的有源整流器，其特征在于，包括能量接受模块(1)、整流模块(2)和控制模块(22)；其中，能量接受模块(1)，用于将空间的电磁波能量转换为谐振交流电流，并将谐振交流电流传递给整流模块(2)；整流模块(2)，用于将能量接受模块(1)中的谐振交流电流整流成直流；控制模块(22)，用于控制整流模块(2)的工作方式，使得整流模块(2)输出的直流电压恒定。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线电能传输的有源整流器，其特征在于，包括能量接受模块(1)、整流模块(2)和控制模块(22)；其中，能量接受模块(1)，用于将空间的电磁波能量转换为谐振交流电流，并将谐振交流电流传递给整流模块(2)；整流模块(2)，用于将能量接受模块(1)中的谐振交流电流整流成直流；控制模块(22)，用于控制整流模块(2)的工作方式，使得整流模块(2)输出的直流电压恒定。2.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输的有源整流器，其特征在于，能量接受模块(1)包括依次串联的接收线圈L2(3)和补偿电容C2(4)；整流模块(2)包括开关管S(7)以及依次串联的第一整流二极管D1(5)、第二整流二极管D2(6)和输出滤波电容Cf(8)；控制模块(22)包括依次串联的采样电路(10)、PWM控制器(11)和开关管驱动电路(12)；其中，第一整流二极管D1(5)阳极连接第二整流二极管D2(6)阴极，第一整流二极管D1(5)阴极连接输出滤波电容Cf(8)正极，输出滤波电容Cf(8)负极连接第二整流二极管D2(6)阳极；开关管S(7)与第二整流二极管D2(6)并联连接，第二整流二极管D2(6)阴极连接开关管S(7)漏极，第二整流二极管D2(6)阳极连接开关管S(7)源极；采样电路(10)输入端连接输出滤波电容Cf(8)正极，采样电路(10)输出串联PWM控制器(11)输入端，PWM控制器(11)输出端连接开关管驱动电路(12)输入端，开关管驱动电路(12)输出端连接开关管S(7)栅极；接收线圈L2(3)连接补偿电容C2(4)、第二整流二极管D2(6)阳极，补偿电容C2(4)连接接收线圈L2(3)、第二整流二极管D2(6)阴极；工作时，负载(9)与输出滤波电容Cf(8)并联连接。3.根据权利要求2所述的一种用于无线电能传...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷万钧，刘奉华，王腾博，陈明峰，施伶，崔耀，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61