[发明专利]一种无线输能系统

说明书

技术领域

本发明属于无线输能技术领域，更具体地，涉及一种无线输能系统。

背景技术

无线输能技术已经广泛应用于便携式电子产品、植入式医疗电子设备等小功率场合。通过无线供电，用电设备可以快速安全地接入电源，不受场合和外部条件的限制。

在大功率场合，用于电动汽车无线充电技术能很大程度上解决限制电动汽车发展的续航问题，其充电不受天气等外部因素限制，并能彻底消除传统接触式充电易磨损、不安全且充电操作繁琐等缺点。目前电动汽车无线充电的需求至少在KW级别，且在一定的传输距离下要求同时具有较高的效率。

麻省理工学院于2007年在Science杂志上的一篇文章中提出了磁谐振技术，并利用该技术成功隔空点亮了2米外的一只灯泡，效率达到40％，但这种技术要求的频率达到兆赫兹级别的电源极大地限制了其在大功率场合的应用。现有的国内外电动汽车无线充电装置普遍仍利用感应耦合原理，其工作原理类似于变压器，能够满足在一定距离内大功率传输的要求。

国内外现有用于无线输能装置在电路拓扑上采用谐振电路，但由于其电路参数设计搭配不当，开关管开关时刻的损耗较大，使得电源存在较大功率冗余，导致系统整体效率低。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种无线输能系统，旨在解决现有无线输能装置开关管损耗大，系统效率低的问题。

本发明提供了一种无线输能系统，包含输入电源、功率变换电路、发射端线圈单元、接收端线圈单元、整流电路和驱动电路；所述功率变换电路的第一输入端与输入电源连接，所述功率变换电路的第二输入端与所述驱动电路的输出端连接，所述功率变换电路根据驱动电路输出的驱动信号将直流电压变换成周期性变化的正负半周期对称的方波电压；所述发射端线圈单元的输入端连接至所述功率变换电路的输出端，所述发射端线圈单元在所述功率变换电路输出的方波电压激励下产生近似正弦的高频谐振电流，高频谐振电流产生交变电磁场；所述接收端线圈单元中感应出高频交流电压，能量通过发射端线圈传输至接收端线圈；所述接收端线圈单元的输出端连接至所述整流电路的输入端，所述接收端线圈单元在高频感应电压的激励下，产生高频谐振电流；所述整流电路的输入端连接至所述接收端线圈单元的输出端，所述整流电路的输出端用于连接负载，所述整流电路用于将高频谐振电流转换成直流电流，并为负载提供平稳的直流电源。

更进一步地，所述功率变换电路包括第一开关管T₁、第二开关管T₂、第三开关管T₃、第四开关管T₄，与所述第一开关管T₁并联连接的第一缓冲电容C₁、与所述第二开关管T₂并联连接的第二缓冲电容C₂、与所述第三开关管T₃并联连接的第三缓冲电容C₃、与所述第四开关管T₄并联连接的第四缓冲电容C₄；所述第一开关管T₁的输入端和第二开关管T₂的输入端相连后与所述输入电源的正极连接，所述第四开关管T₄的输出端和所述第三开关管T₃的输出端相连后与所述输入电源的负极连接。所述第一开关管T₁的输出端与所述第三开关管T₃的输入端相连；所述第四开关管T₄的输入端与所述第二开关管T₂的输出端相连。

更进一步地，发射端线圈单元包含谐振电感L_r、谐振电容C_r和发射线圈L_p；所述谐振电感L_r的一端与所述第一开关管T₁和所述第三开关管T₃的连接端相连，所述谐振电容C_r的一端与所述谐振电感L_r的另一端相连，所述谐振电容C_r的另一端与所述第二开关管T₂和所述第四开关管T₄的连接端相连；所述发射线圈L_p的一端与所述谐振电感L_r和谐振电容C_r的公共端相连接，另一端与所述第二开关管T₂和所述第四开关管T₄的连接端相连。