【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线充电，具体涉及一种能量注入型电容式无线充电系统。
技术介绍
1、近年，电容式无线充电技术作为传统磁感应无线充电的一种可替代方案，其不仅能穿越金属传输能量，无需金属异物（fod）检测，而且耦合结构简单轻巧，损耗低以及电磁干扰范围较小等优点，正在受到越来越多的关注；通常，传统的电容式无线充电系统包含发射器和接收器，其中，发射器包含：通用的前端ac-dc整流/dc-dc转换器，高频逆变器，输入谐振网络和2块金属发射板；接收器包含：另外2块耦合金属接收板，输出谐振网络和整流滤波/dc-dc转换电路。
2、一般来说，电容式无线充电系统的前端会使用相移全桥拓扑来同时控制发射端驱动电压的幅值和频率，但是这样的结构会需要四个功率开关及相应的驱动电路；为了达到零电压开关（zvs）减少开关损耗，系统工作频率必须调整到谐振频率以上的电感性区域，而在轻载的时候，zvs区域就会比正常工作的时候更狭窄，特别是当系统谐振网络设计成串联谐振的时候，输出受到负载的影响会非常大，这就会造成在使用频率控制又要达到zvs驱动的时候，调节输出是非常困难的，因此一般需要2级控制来获得负载/电池实际所需要的功率；第一级是：通过检测输出端整流后的电压来对发射端高频逆变器的频率/相移进行控制；但通常只靠调节高频逆变器很难实现宽范围的电压输出，所以实现较宽电压的调节还需要在前端或者后端的整流电路后面增加一级dc-dc转换器，传统电容式无线充电系统及其控制方法可参见图1，这样就会导致整个系统比较复杂，成本高，体积大且效率和可靠性变低；另外，为了提高输出
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种能量注入型电容式无线充电系统。
2、本专利技术提供一种能量注入型电容式无线充电系统，所述能量注入型电容式无线充电系统包括发射器和接收器，所述发射器和所述接收器之间通过输入谐振网络和输出谐振网络连接；所述发射器包括依次连接的交流电源、前端整流器、前端滤波电容、高频功率开关、钳位电容、并联电感、谐振电感，耦合电容；所述接收器包括依次连接的谐振电感和耦合电容板的总等效电容、变压器、谐振电容、后端整流器、后端滤波电容、负载，其中所述高频功率开关由开关s1和开关s2组成并形成半桥结构。
3、可选的，在本专利技术的第一种实现方式中，所述发射器还包括pwm占空比控制器，所述接收器还包括输出检测电路，所述pwm占空比控制器和所述输出检测电路之间通过无线通信连接。
4、可选的，在本专利技术的第二种实现方式中，所述输入谐振网络和输出谐振网络由一个谐振电感、2对金属板形成的耦合电容，一个变压器和一个谐振电容整合得到。
5、可选的，在本专利技术的第三种实现方式中，所述变压器的原边电感和所述谐振电感、所述耦合电容形成输入谐振网络，所述变压器的副边线圈和所述谐振电容形成输出谐振网络。
6、可选的，在本专利技术的第四种实现方式中，所述钳位电容和所述并联电感形成一个半桥升压-降压的拓扑结构。
7、可选的，在本专利技术的第五种实现方式中，所述前端整流器由4只二极管d1、d2、d3、d4组成整流电路，所述后端整流器由4只二极管d5、d6、d7、d8组成整流电路。
8、可选的，在本专利技术的第六种实现方式中，所述能量注入型电容式无线充电系统的工作过程包括以下阶段：
9、第一阶段：开关s1打开、开关s2关断，所述并联电感中的电流慢慢线性爬升，开关s2的漏源电压就被钳位在，并联电感两端电压也被钳位在，其中d为pwm的占空比；
10、第二阶段：开关s1和开关s2都处于关断状态，这时候能量都存储在所述并联电感和所述谐振电感中，同时, 开关s2和开关s1的寄生输出电容充电和放电，开关s2达到zvs开关条件；
11、第三阶段：开关s2打开、开关s1关断，开关s2的寄生电容完成放电，开关s2可以在zvs状态下打开，开关s1的漏源极电压就被钳位在，这时所述并联电感、所述谐振电感和所述半桥升压-降压的拓扑结构的电流为零；
12、第四阶段：开关s2和开关s1都处于关断状态，能量都存储在所述并联电感和所述谐振电感中，开关s1和开关s2的寄生输出电容充电和放电，开关s2达到zvs开关条件。
13、可选的，在本专利技术的第七种实现方式中，所述第一阶段的时间区间为-πd < ωt <πd，所述第二阶段的时间区间为πd < ωt < πd + θd，所述第三阶段的时间区间为πd+θd <ωt < 2π-πd-θd，所述第四阶段的时间区间为2π-πd-θd < ωt < 2π-πd，其中为开关s1和开关s2之间的死区时间，d为pwm的占空比。
14、本专利技术提供的能量注入型电容式无线充电系统，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
15、1、不需要额外的dc/dc转换器，只需要控制高频半桥逆变器的功率开关占空比，就能实现较宽的输出电压增益变化，即达到输出负载需要多大能量，输入就注入多少能量的效果，同时，在任何负载条件下，特别是轻载时候，都能达到zvs开关条件，减小了开关损耗和电磁干扰，缩小了体积，降低了成本和复杂性，提高了系统整体的稳定性；
16、2、整个系统只需要在发射端的半桥逆变器中使用2个功率开关，通常高频功率开关虽然单个价格比普通mosfet要贵一点，但是集成度高，一般2个开关直接封装在一起，有的甚至连驱动电路也封装在内，所以降低了开关和驱动电路部分的复杂度；
17、3、通过检测输出电压和两边建立通信，直接控制高频逆变器的2个功率开关的占空比，达到输出需要多少能量，输入就注入多少能量的效果，而且半桥逆变器中嵌入的电容和电感还能达到升降压的综合效果，拓宽了输入输出电压的范围，省去了前端和后端的dc/dc功率变换器，同时整个控制过程实现软开关，一定程度上简化了系统，缩小了体积，降低了损耗和成本；
18、4、接收端变压器的使用，不仅利用原副边的电感分别和耦合电容，谐振电容形成谐振网络，还降低了整个谐振电路的品质因素，使得系统更稳定，更重要的是隔离了收端和发射端，解决了接收端共地的问题，而且通过变压器原边和副边的匝数比，可以实现阻抗匹配，一定程度上提高输出，极大地大提高了电容式无线充电系统充的稳定性和可靠性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述能量注入型电容式无线充电系统包括发射器和接收器，所述发射器和所述接收器之间通过输入谐振网络和输出谐振网络连接；所述发射器包括依次连接的交流电源(1)、前端整流器(2)、前端滤波电容(3)、高频功率开关(4)、钳位电容(5)、并联电感(6)、谐振电感(7)，耦合电容(8)；所述接收器包括依次连接的谐振电感和耦合电容板的总等效电容(10)、变压器(9)、谐振电容(11)、后端整流器(12)、后端滤波电容(13)、负载(14)，其中所述高频功率开关(4)由开关S1和开关S2组成并形成半桥结构。
2.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述发射器还包括PWM占空比控制器(16)，所述接收器还包括输出检测电路(15)，所述PWM占空比控制器(16)和所述输出检测电路(15)之间通过无线通信连接。
3.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述输入谐振网络和输出谐振网络由一个谐振电感(7)，2对金属板形成的耦合电容(8)，一个变压器(9)和一个谐振电容(11)整
4.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述变压器(9)的原边电感和所述谐振电感(7)、所述耦合电容(8)形成输入谐振网络，所述变压器(9)的副边线圈和所述谐振电容(11)形成输出谐振网络。
5.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述钳位电容(5)和所述并联电感(6)形成一个半桥升压-降压的拓扑结构。
6.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述前端整流器(2)由4只二极管D1、D2、D3、D4组成整流电路，所述后端整流器(12)由4只二极管D5、D6、D7、D8组成整流电路。
7.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述能量注入型电容式无线充电系统的工作过程包括以下阶段：
8.如权利要求7所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述第一阶段的时间区间为-πD < ωt < πD，所述第二阶段的时间区间为πD < ωt < πD + θd，所述第三阶段的时间区间为πD+θd < ωt < 2π-πD-θd，所述第四阶段的时间区间为2π-πD-θd <ωt < 2π-πD，其中为开关S1和开关S2之间的死区时间，D为PWM的占空比。
...【技术特征摘要】
1.一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述能量注入型电容式无线充电系统包括发射器和接收器，所述发射器和所述接收器之间通过输入谐振网络和输出谐振网络连接；所述发射器包括依次连接的交流电源(1)、前端整流器(2)、前端滤波电容(3)、高频功率开关(4)、钳位电容(5)、并联电感(6)、谐振电感(7)，耦合电容(8)；所述接收器包括依次连接的谐振电感和耦合电容板的总等效电容(10)、变压器(9)、谐振电容(11)、后端整流器(12)、后端滤波电容(13)、负载(14)，其中所述高频功率开关(4)由开关s1和开关s2组成并形成半桥结构。
2.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述发射器还包括pwm占空比控制器(16)，所述接收器还包括输出检测电路(15)，所述pwm占空比控制器(16)和所述输出检测电路(15)之间通过无线通信连接。
3.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述输入谐振网络和输出谐振网络由一个谐振电感(7)，2对金属板形成的耦合电容(8)，一个变压器(9)和一个谐振电容(11)整合得到。
4.如权利要求1所述的一种能量注入型电容式无线充电系统，其特征在于，所述变压...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹丽香，吴雪婷，王立荣，
申请(专利权)人：巨翼苏州新动力有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。