[发明专利]一种无线输电装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电学领域，特别涉及一种无线输电装置和方法。

背景技术

无线输电技术由于其安全、便利等优点正广泛地被应用到各类电子产 品中去。现有无线输电技术主要包括磁感应和磁谐振两种方式。这两种无 线输电技术传递功率的架构均如图1所示，主要包括将电网交流功率(电网 电压v_line)转变为发送端直流功率(发送端直流电压V_inv)的AC-DC模块，将 发送端直流功率转变为磁场功率的无线输电发送端模块(包含其发送线圈 L_tx)，将磁场功率转变为接收端直流功率(接收端直流电压V_rec)的无线输电 接收端模块(包含其接收线圈L_rx)，将接收端直流电压V_rec调制为满足电子设 备要求的DC-DC模块以及作为终端功率负载的电子设备。

图1所展示的AC-DC模块在实际应用中以外置式电源适配器的形式出 现，实现将110Vac或者220Vac的交流电压转变为9Vdc、12Vdc或者 24Vdc等固定直流电压的功能。由于外置式电源适配器的安规要求，该适 配器往往采用如2所示的Flyback电路，在实现将电网交流电转变为固定 直流电的同时利用变压器T提供安全隔离功能。

基于Flyback电路的隔离适配器为了保证一定的功率转换效率 (80％～85％)，通常将其最高开关频率设定为65kHz左右，其变压器T体积较 大，难以和无线输电发送端模块集成为一个高密度功能模块，以实现去掉 外置式电源适配器，简化无线输电系统的目的。

具体来说，如图3所示，基于磁谐振技术的无线输电发送端电路由于其 开关管(Q₁₂和Q₁₃)工作频率固定且较高(依据A4WP标准为6.78MHz)，为保 证实现Q₁₂和Q₁₃软开关以降低其开关损耗，Q₁₂和Q₁₃的占空比往往固定(通常 为50％)，难以通过脉宽调制(PWM)技术实现对无线输电功率大小的控制而 采用开关(ON/OFF)控制整个无线输电发送端的方式(即让无线输电发送 端工作一段时间，再停止一段时间)调制无线输电功率以满足电子设备负 载的功耗要求。

由于无线输电发送端前级Flyback电路在宽输入电压(通常面临的电网 交流电压v_line范围是85V_ac～265V_ac)条件下若要同时满足宽输出电压(比 如V_inv为5V_dc～36V_dc线性可调)要求，则其功率转换效率难以优化，关键元 器件成本(如图2中Q₁₁和D₁₁)会明显增加，所以无线输电发送端的输入电压 V_inv是固定的。若V_inv较低，则发送端电流较大，导致发送端功耗明显，温升 较高，无线输电功率因此受到限制，同时也影响无线输电的距离；若V_inv较 高，虽然无线输电功率和距离均得以增加，但是在无线输电发送端启动瞬 间Q₁₂和Q₁₃软开关条件尚未建立，工作在硬开关状态的Q₁₂和Q₁₃电压应力过高， 导致正常工作时只需要100V耐压的Q₁₂和Q₁₃为了解决启动问题需要选用150 V甚至200V耐压，严重影响Q₁₂和Q₁₃的性能和成本。同时，较高的V_inv需要在 ON/OFF控制发送端时将发送端更多地至于OFF状态以降低发送端的轻载和 待机功耗，这会降低发送端的动态响应速度。

目前，现有技术中的无线电输电技术存在无线电转换效率和成本的问 题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无线输电装置和方 法。该系统实现提高无线输电系统效率，增加无线输电距离和降低无线输 电系统待机功耗。