能自动跟踪开关功率电路谐振频率的非接触充电器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种能自动跟踪开关功率电路谐振频率的非接触充电器，包括不对称半桥串联谐振电路、电流斩波稳压电路、可分离变压器、串联谐振频率跟踪控制电路；不对称半桥串联谐振电路连接可分离变压器和串联谐振频率跟踪控制器，可分离变压器连接电流斩波稳压电路；非接触充电器的可分离变压器原边侧采用不对称半桥串联谐振电路，副边侧接电流斩波稳压电路，不对称半桥串联谐振电路在串联谐振频率跟踪控制电路控制下工作于谐振状态，输出正弦波电流，电流斩波稳压电路通过斩波控制输出电压的稳定。本实用新型专利技术可提高充电器系统稳定性和带载能力，减小开关应力和损耗。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种能自动跟踪功率电路谐振频率的非接触充电器，适用作便携电子产品的非接触充电器。
技术介绍
电气设备的传统充电技术主要是由导线直接接触进行的，一般通过插头和插座的接触进行供电，这种充电方式存在着不安全、移动灵活性差、不适用于恶劣环境(水下、潮湿、易爆)和特殊场合等的问题。基于电磁感应耦合原理的非接触充电技术，与传统接触式充电技术比较，它不仅克服了已有充电技术所固有的由导线接触所带来的如电火花、连接不方便以及安全等问题，特别适用于易燃、易爆、潮湿、运动物体(如电动车等)、植入人体医疗器件等供电场合，而且还可以很方便地嵌入在需要供电的场合，实现随时随地供电，具有很好应用前景。由于非接触充电器的高频功率变压器原边侧和副边侧不是固定装配，是分离可移动的，中间有较大的气隙，从而导致变压器漏感较大、激磁电感较小(因此该高频变压器也称作可分离变压器或者松耦合变压器)，不仅在开关器件上产生较大的电压应力和开关损耗以及较多的高频泄露磁场，而且影响非接触充电器系统的稳定性和传输电能的能力，因此为提高非接触充电器系统的效率和稳定性，在研究设计非接触感应充电系统时，必须考虑漏感、激磁电感的影响，而利用变压器的漏感作为谐振电感的串联谐振变换器拓扑即为最佳选择，不仅可以消除漏感导致的电压尖峰，降低开关器件的应力，减少电磁干扰和电磁噪声，实现零电流或零电压开关。而且由于谐振可以提供较好的正弦波形电流，也可以提高可分离变压器原边能量发射和副边能量接收的能力。但对于便携电子产品用的非接触充电器，由于便携电子产品(充电器的电能接收端或可分离变压器的副边侧)放置在充电器的发射端上(可分离变压器的原边侧)的位置比较随机，即可分离变压器的副边线圈与原边线圈对应位置比较随机，这将使可分离变压器的漏感和激磁电感变化比较大，从而使串联谐振电路的固有谐振频率发生变化，导致电路系统不稳定和传输能量的能力降低。
技术实现思路
本技术目的是提供一种能自动跟踪功率电路谐振频率的非接触充电器，适用作便携电子产品的非接触充电器。具有电路开关频率能够自动跟踪电路固有谐振频率，使电路工作于谐振状态，从而提高电路系统稳定性和传输能量能力等优点。本技术采用以下方案实现一种能自动跟踪开关功率电路谐振频率的非接触充电器，包括不对称半桥串联谐振电路、电流斩波稳压电路、可分离变压器、串联谐振频率跟踪控制电路；其特征在于所述不对称半桥串联谐振电路连接可分离变压器和串联谐振频率跟踪控制器，所述可分离变压器连接电流斩波稳压电路；所述不对称半桥串联谐振电路利用可分离变压器的漏感作为谐振电感，通过检测可分离变压器原边侧的电流，由串联谐振频率跟踪控制电路控制确保不对称半桥串联谐振电路的开关管工作频率自动跟踪谐振电路固有谐振频率；所述电流斩波稳压电路通过检测输出电压、可分离变压器副边侧的电流控制输出电压稳定。在本技术一实施例中，所述不对称半桥串联谐振电路由开关管Ql、Q2、谐振电容Cp以及可分离变压器的等效漏感Lp和激磁电感Lm构成，所述的开关管Ql的源极、Q2的漏极经所述的谐振电容Cp与可分离变压器的原边一端连接，所述可分离变压器的原边另一端与所述开关管Q2的源极连接。在本技术一实施例中，所述的串联谐振频率跟踪控制电路，利用锁相环电路结构，通过采样可分离变压器原边侧电流，输出能自动跟踪串联谐振电路固有谐振频率的开关信号驱动所述的开关管Q1、Q2。在本技术一实施例中，所述电流斩波稳压电路由二极管Dl、D2、D3、D4、D5，开关管Q3构成，通过采样输出电压和可分离变压器副边侧电流，然后发出信号控制开关管Q3 的导通角，使输出电压稳定。在本技术一实施例中，所述的基于锁相环技术的串联谐振频率跟踪控制电路是采用锁相环⑶4046芯片设计实现的。本技术优点由于采用基于锁相环的频率跟踪技术，可使不对称半桥串联谐振电路的开关频率时时跟踪功率谐振电路的固有谐振频率，可分离变压器原边侧电流趋近于正弦波，从而不仅使不对称半桥开关可工作于软开关状态，减小开关应力和损耗，而且提高了可分离变压器传递电能能力，使充电器电路系统更加稳定工作。同时在可分离变压器副边采用先全桥整流，然后再电流斩波稳压电路，不仅使充电器输出电压稳定，而且带载能力强。附图说明图1是本技术的原理框图。图2是本技术的功率电路原理图。图3是可分离变压器结构示意图。图4是可分离变压器图等效电路图。图5是本技术实施例电路原理图。具体实施方式下面参照附图对本技术的实施方式予以详细说明。如图1所示，本实施例由不对称半桥串联谐振电路1、可分离变压器2、电流斩波稳压电路3、串联谐振频率跟踪控制电路4组成。不对称半桥串联谐振电路1在串联谐振频率跟踪控制电路4控制下，电路的开关频率自动跟踪电路固有谐振频率，电路工作于谐振状态，使得原边侧电流为趋近于正弦波的电流，该电流由可分离变压器3传递给副边侧，经过电流斩波稳压电路2，输出稳定的直流电压。请继续参照图2、图3、图4、图5，我们这里以锁相环⑶4046芯片为例，其中，图2 为功率电路原理图，图3为可分离变压器结构示意图，图4为可分离变压器其等效电路图， 图5为本技术实施例电路原理图。在实施例电路中不对称半桥串联谐振电路1是由开关管Q1、Q2，谐振电容Cp以及可分离变压器2 (Tc)的等效漏感Lp和激磁电感Lm构成。可分离变压器2由变压器磁芯C，原边线圈Np，副边线圈Ns以及磁芯间的气隙构成。该变压器在电路原理分析时，可等效为漏感Lp、激磁电感Lm以及理想变压器T构成。串联谐振频率跟踪控制电路4由锁相环芯片⑶4046以及外围电路电阻R4、R6、 R7、R8、R9、R10、R11、R14，电容 C2、C4、C5、C6、C7，二极管 D6、D7、D8，比较器 Compl，反相器 ICU IC2、IC2构成，其中电阻R4、R6，电容C2、C5，二极管D6、D7和反相器ICU IC2、IC2是把CD4046输出的锁相环信号生成两路带死区的互补驱动信号，分别驱动开关管Q1、Q2。基于锁相环技术，电阻Rsp采样得到的原边侧电流经过该电路后输出能自动跟踪电路固有谐振频率的控制信号控制开关管Ql、Q2，使原边侧电路中的电流接近于正弦波。电流斩波稳压电路3主电路是由二极管Dl、D2、D3、D4、D5，开关管Q3，电容Co构成，控制电路是由运放Ami、Am2，比较器Comp2以及电阻R1、R2、R3、R5、R12、R13，电容C3构成。控制电路通过电阻Rl、R2采样输出电压和电阻Rss采样副边侧电流，再经过信号放大电路Aml、Am2，而后把这两个信号通过比较器Comp2比较，从而生成以副边侧电流为基准的同步信号，用于控制Q3管的导通角，使输出电压稳定。本技术的用于便携电子产品的非接触充电器串联谐振频率跟踪控制电路4 是用锁相环芯片CD4046实现，可分离变压器2原边侧接不对称半桥串联谐振电路1，可分离变压器2副边侧接电流斩波稳压电路3，不对称半桥串联谐振电路1工作于谐振状态，输出正弦波电流，电流斩波稳压电路3通过斩波控制输出电压稳定。以上所述仅为本技术的较佳实施例，凡依本技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本技术的涵盖范围。权利要求1.一种能自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王自成，毛行奎，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：实用新型
国别省市：