[发明专利]一种高效率的电能发射端和无线电能传输装置

说明书

依据本发明的一种高效率的电能发射端和无线电能传输装置，通过软开关控制电路控制逆变电路中开关管的两端电压波形，使得在开关管关断期间，其漏源间的电压波形为一次基波和三次谐波的叠加波形，以使得开关管能够在零电压开通，减小开关功耗；同时本发明通过电流调节电路控制原边发射电流为恒定频率、恒定幅值的电流，以保证原边发射的能量不受耦合和负载的变化影响，提高系统的能量传输效率。本发明的无线电能传输系统能量传输效率高、安全可靠性好。

技术领域

本发明涉及电能传输领域，更具体的说，涉及一种高效率的电能发射端和无线电能传输装置。

背景技术

通常的无线电能传输装置主要包括电能发射端和电能接收端，两者通过电磁感应或磁共振原理实现能量的传输。其中，电能发射端包括有逆变器和发射线圈，逆变器接收直流电压产生交流电压，发射线圈接收交流电压产生频率为ω₀的交变磁场，电能接收端中的接收线圈耦合所述交变磁场，感生出频率为ω₀的交变电压V_sin(ω0)。一般来说，交变磁场的频率越低，电能传输的距离越短，因此，为了增加无线电能传输的距离，需要提高交变磁场的频率。而根据无线充电的相关标准的介绍，例如Qi和PMA无线充电标准，在电磁感应无线电能传输系统中，交变磁场的频率在100kHz-500kHz之间，电能传输距离通常在一个厘米以下；根据A4WP无线充电标准，在磁共振无线电能传输系统中，若交变磁场的频率为6.78MHz，则相应的电能传输距离可以达到几个厘米。

因此，为了提高传输距离，一般采用磁共振无线电能传输方式，并产生6.78MHz频率的交变磁场，相应的，逆变器中的开关器件需要工作在6.78MHz的频率。而当开关器件工作在6.78MHz时，开关器件上将产生非常大的开关损耗，极大地降低了开关寿命，为了降低损耗，通常需要采用软开关技术(ZVS)，以使得开关器件降低损耗。

而进一步的，采用半桥或者全桥等桥式结构的逆变电路，需要两个或者两个以上开关器件协同工作，但在6.78MHz这么高的工作频率下，很难精确控制多个开关管之间的死区时间，可能会出现同通或同断的误操作情况，从而降低了电路的安全可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高效率的电能发射端和无线电能传输装置通过软开关控制电路实现逆变电路中开关管的零电压开通，减小开关功耗；同时控制原边发射电流的频率和幅值，以保证原边发射的能量不受耦合和负载的变化影响，提高系统的能量传输效率。

依据本发明的一种高效率的电能发射端，用以向与其隔离的电能接收端传输能量，所述电能发射端包括逆变电路、软开关控制电路、电流调节电路和原边发射部分，

所述逆变电路接收直流输入电源以输出具有预设频率的交流电压；

所述软开关控制电路连接在所述直流输入电源和所述逆变电路之间，以控制所述逆变电路中开关管的两功率端之间的电压；

所述电流调节电路接收所述逆变电路输出的交流电压，以产生恒定频率、恒定幅值的交变电流信号；

所述原边发射部分包括原边发射线圈，所述原边发射线圈用于接收所述交变电流信号，以产生交变磁场来向所述电能接收端传输能量；

其中，所述软开关控制电路控制所述逆变电路中开关管的两功率端之间的电压，以在所述开关管关断时间内，所述开关管的两功率端之间的电压波形为一次基波和三次谐波叠加的波形，使得在所述开关管导通时刻，所述开关管的两功率端之间的电压降至为零。

进一步的，所述逆变电路包括一个场效应晶体管，所述场效应晶体管通过一时钟信号控制其开关状态，当所述时钟信号为有效状态时，所述场效应晶体管导通，当所述时钟信号为无效状态时，所述场效应晶体管断开。

进一步的，所述软开关控制电路包括第一电感、第二电感、第一电容和第二电容，