基于電磁耦合的wpt充電設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，它的開關(guān)電源的輸入端用于連接市電電源，高頻逆變器的輸入端用于連接開關(guān)電源的輸出端，高頻逆變器的輸出端連接功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端連接諧振發(fā)射器的信號輸入端，諧振發(fā)射器的信號輸出端用于輸出諧振磁場信號，諧振接收器的信號輸入端用于接收諧振磁場信號，諧振接收器的信號輸出端連接整流穩(wěn)壓器的信號輸入端，整流穩(wěn)壓器的信號輸出端用于連接負(fù)載的充電端，電流控制器的信號輸入端用于連接負(fù)載的充電電流采樣端，電流控制器的控制信號輸出連接開關(guān)電源的控制端。本實(shí)用新型具有充電效率高、安全穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及手機(jī)充電技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種基于電磁親合的WPT(Wirelesscharging technology，無線充電技術(shù))充電設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技與社會的進(jìn)步，傳統(tǒng)的充電方式已經(jīng)無法滿足人們對移動充電的要求，目前面臨的問題有:受到手機(jī)型號及充電接口的局限，充電器材難以做到統(tǒng)一，兼容性差，傳統(tǒng)充電的方式在使用便攜度上也大打折扣，其次，目前無線充電設(shè)備的傳輸距離短，效率低，安全性差。因此WPT無線充電技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，顧名思義，就是在不借助金屬導(dǎo)線以及其他物理連接的條件下，以空氣為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電能傳輸，為設(shè)備進(jìn)行充電?，F(xiàn)階段無線充電技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)方式有兩種，分別為電磁波式和電磁感應(yīng)式。電磁波式的傳輸方法能量衰減損失嚴(yán)重，電磁感應(yīng)式傳輸距離太短(例如:目前市面上基于QI標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)無線充電設(shè)備的傳輸距離小于3mm)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的就是要提供一種基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，該充電設(shè)備較傳統(tǒng)的基于QI標(biāo)準(zhǔn)無線充電方式具有充電效率高、安全穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型所設(shè)計的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:它包括開關(guān)電源、高頻逆變器、功率放大器、諧振發(fā)射器、諧振接收器、整流穩(wěn)壓器和電流控制器，其中，所述開關(guān)電源的輸入端用于連接市電電源，高頻逆變器的輸入端用于連接開關(guān)電源的輸出端，高頻逆變器的輸出端連接功率放大器的輸入端，功率放大器的輸出端連接諧振發(fā)射器的信號輸入端，諧振發(fā)射器的信號輸出端用于輸出諧振磁場信號，諧振接收器的信號輸入端用于接收諧振磁場信號，諧振接收器的信號輸出端連接整流穩(wěn)壓器的信號輸入端，整流穩(wěn)壓器的信號輸出端用于連接負(fù)載的充電端，電流控制器的信號輸入端用于連接負(fù)載的充電電流采樣端，電流控制器的控制信號輸出連接開關(guān)電源的控制端。
[0005]本實(shí)用新型設(shè)計的上述充電設(shè)備，在電磁諧振耦合式無線電能傳輸中，電磁場隨傳輸距離增加而迅速衰減，利用發(fā)生諧振耦合的電路來捕捉隨距離衰減的電磁場，即當(dāng)發(fā)射回路和接收回路發(fā)生諧振時，使大部分能量由發(fā)射回路傳遞到接收回路，大幅度地提高了傳輸效率。本實(shí)用新型相比較傳統(tǒng)的基于QI標(biāo)準(zhǔn)無線充電方式具有充電效率高、安全穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0006]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0007]其中，I一高頻逆變器、2—功率放大器、3—諧振發(fā)射器、4一諧振接收器、5—整流穩(wěn)壓器、6—電流控制器、7—負(fù)載、8—開關(guān)電源。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0009 ] 如圖1所述的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，它包括開關(guān)電源8、高頻逆變器1、功率放大器2、諧振發(fā)射器3、諧振接收器4、整流穩(wěn)壓器5和電流控制器6，其中，所述開關(guān)電源8的輸入端用于連接市電電源，高頻逆變器I的輸入端用于連接開關(guān)電源8的輸出端，高頻逆變器I的輸出端連接功率放大器2的輸入端，功率放大器2的輸出端連接諧振發(fā)射器3的信號輸入端，諧振發(fā)射器3的信號輸出端用于輸出諧振磁場信號，諧振接收器4的信號輸入端用于接收諧振磁場信號，諧振接收器4的信號輸出端連接整流穩(wěn)壓器5的信號輸入端，整流穩(wěn)壓器5的信號輸出端用于連接負(fù)載7的充電端，電流控制器6的信號輸入端用于連接負(fù)載7的充電電流采樣端，電流控制器6的控制信號輸出連接開關(guān)電源8的控制端。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述開關(guān)電源8用于實(shí)現(xiàn)220V、50Hz的工頻交流電到24V直流電的轉(zhuǎn)換。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述功率放大器2由推挽式功率放大電路組成，功率放大器2用于將高頻大功率信號輸出至諧振發(fā)射器3的發(fā)射線圈中。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述諧振發(fā)射器3為由電感線圈及電容組成的諧振回路。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述高頻逆變器I和功率放大器2用于實(shí)現(xiàn)24V直流電到峰峰值為11OV，頻率為178KHZ的高頻交流信號的轉(zhuǎn)換。高頻逆變器I由XKT801芯片及相關(guān)驅(qū)動電路組成。所述功率放大器2由推挽式功率放大電路組成，將高頻大功率信號輸出至發(fā)射線圈中；
[0014]上述技術(shù)方案中，所述諧振發(fā)射器3和諧振接收器4之間的間距范圍為10?60mm。此距離為最佳距離范圍，此距離能兼顧傳輸效率和無線充電距離。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述諧振發(fā)射器3和諧振接收器4具有相同的工作頻率。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述整流穩(wěn)壓器5由開關(guān)二極管及LM2596穩(wěn)壓芯片組成，其中所需原件特性必須滿足高頻信號的傳輸要求。
[0017]上述技術(shù)方案中，線圈間效率=接收端線圈功率/發(fā)射端線圈功率=4.5/10.1=45% ;接收端模塊間效率=輸出功率/接收端線圈功率=3.765/4.5 = 83.6%。
[0018]一種利用上述基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備進(jìn)行充電的方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0019]步驟1:開關(guān)電源8將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電；
[0020]步驟2:開關(guān)電源8將直流電傳輸給高頻逆變器I，高頻逆變器I和功率放大器2將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流信號；
[0021 ]步驟3:功率放大器2將高頻交流信號傳輸給諧振發(fā)射器3，諧振發(fā)射器3根據(jù)高頻交流信號發(fā)射諧振磁場信號；
[0022]步驟4:諧振接收器4接收諧振發(fā)射器3發(fā)射的諧振磁場信號，得到接收端高頻交流信號(接收諧振圈利用電磁諧振原理獲得最大磁場能量利用率)；
[0023]步驟5:諧振接收器4將接收端高頻交流信號發(fā)送給整流穩(wěn)壓器5進(jìn)行整流穩(wěn)壓處理得到充電用直流電；
[0024]步驟6:整流穩(wěn)壓器5利用上述充電用直流電對負(fù)載7進(jìn)行充電；
[0025]步驟7:在對負(fù)載7進(jìn)行充電的同時，電流控制器6實(shí)時采集負(fù)載7的充電電流，當(dāng)電流控制器6實(shí)時采集負(fù)載7的充電電流大于IA時，電流控制器6控制開關(guān)電源8降低輸出電壓，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使充電電流穩(wěn)定在1A;當(dāng)電流控制器6實(shí)時采集負(fù)載7的充電電流小于IA時，電流控制器6控制開關(guān)電源8提高輸出電壓，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使充電電流穩(wěn)定在1A，當(dāng)電流控制器6實(shí)時采集負(fù)載7的充電電流等于IA時電流控制器6不對開關(guān)電源8進(jìn)行調(diào)整，開關(guān)電源8按當(dāng)前狀態(tài)運(yùn)行，上述閉環(huán)控制形式能最大限度的降低能量損耗。
[0026]所述步驟I中開關(guān)電源8將220V、50Hz的工頻交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電。
[0027]所述步驟2中開關(guān)電源8將24V直流電傳輸給高頻逆變器I，高頻逆變器I和功率放大器2將24V直流電轉(zhuǎn)換為峰峰值為110V，頻率為178KHZ的高頻交流信號；
[0028]所述步驟3中功率放大器2將峰峰值為110V，頻率為178KHZ的高頻交流信號傳輸給諧振發(fā)射器3，諧振發(fā)射器3發(fā)射峰峰值為110V，頻率為178KHZ的諧振磁場信號；
[0029]所述步驟4中諧振接收器4接收諧振發(fā)射器3發(fā)射的諧振磁場信號，得到峰峰值為180V，頻率為178KHZ的高頻交流信號；
[0030]所述步驟5中諧振接收器4將峰峰值為180V，頻率為178KHZ的高頻交流信號發(fā)送給整流穩(wěn)壓器5進(jìn)行整流穩(wěn)壓處理得到電壓為5V，最大電流為953mA的直流電；
[0031]所述步驟6中整流穩(wěn)壓器5利用電壓為5V，最大電流為953mA的直流電對負(fù)載7進(jìn)行充電。
[0032]利用本實(shí)用新型進(jìn)行手機(jī)充電時長、充電電壓及電流的測試，結(jié)果如下:
[0033]充電時長，測試時，采用的手機(jī)電池容量為1370mAh，實(shí)測從電量為O充滿至100%所需時間為3小時13分鐘，此充電速度正常。
[0034]充電電壓及電流，測試時，在1mm的傳輸距離下，輸出端電壓為5.02V，電流為732mA。符合正常充電的要求。
[0035]本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:它包括開關(guān)電源(8)、高頻逆變器(1)、功率放大器(2)、諧振發(fā)射器(3)、諧振接收器(4)、整流穩(wěn)壓器(5)和電流控制器(6)，其中，所述開關(guān)電源(8)的輸入端用于連接市電電源，高頻逆變器(I)的輸入端用于連接開關(guān)電源(8)的輸出端，高頻逆變器(I)的輸出端連接功率放大器(2)的輸入端，功率放大器(2)的輸出端連接諧振發(fā)射器(3)的信號輸入端，諧振發(fā)射器(3)的信號輸出端用于輸出諧振磁場信號，諧振接收器(4)的信號輸入端用于接收諧振磁場信號，諧振接收器(4)的信號輸出端連接整流穩(wěn)壓器(5)的信號輸入端，整流穩(wěn)壓器(5)的信號輸出端用于連接負(fù)載(7)的充電端，電流控制器(6)的信號輸入端用于連接負(fù)載(7)的充電電流采樣端，電流控制器(6)的控制信號輸出連接開關(guān)電源(8)的控制端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:所述開關(guān)電源(8)用于實(shí)現(xiàn)220V、50Hz的工頻交流電到24V直流電的轉(zhuǎn)換。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:所述功率放大器(2)由推挽式功率放大電路組成，功率放大器(2)用于將高頻大功率信號輸出至諧振發(fā)射器(3)的發(fā)射線圈中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:所述諧振發(fā)射器(3)為由電感線圈及電容組成的諧振回路。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:所述高頻逆變器(I)和功率放大器(2)用于實(shí)現(xiàn)24V直流電到峰峰值為11OV，頻率為178KHZ的高頻交流信號的轉(zhuǎn)換。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:所述諧振發(fā)射器(3)和諧振接收器(4)之間的間距范圍為1?60mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁耦合的WPT充電設(shè)備，其特征在于:所述諧振發(fā)射器(3)和諧振接收器(4)具有相同的工作頻率。
【文檔編號】H02J50/12GK205489723SQ201620207576
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】黃錚, 魯謙仁, 余禮文, 付昌盛, 曾學(xué)韜
【申請人】武漢理工大學(xué)