[发明专利]一种用于无线电能传输的有源整流器

说明书

技术领域：

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种用于无线电能传输的有源整流器。

背景技术：

近年来，无线电能传输技术得到了快速的发展。但是，在没有无线通信条件下，无线电能装置的接受侧能量拾取和电压稳定的精确控制一直是一大难题。

传统无线电能传输装置发射电路采用逆变器产生高频电磁场，接受线圈产生电磁感应。接受侧实现电压稳定的常见方法有三种：发射侧控制的二极管整流方式、接受侧级联DC-DC变换器的调压方式、有源整流方式。

对于发射侧控制的二极管整流方式，当负载或线圈距离变化时，为了实现接受线圈的稳压，需要调节发射侧逆变器的电压或频率来稳定接受侧的电压。这种方法控制方式，成本高，往往需要增加辅助无线通信装置。

对于接受侧级联DC-DC变换器的调压方式，为了实现稳定副边接受侧电压稳定，需要增加DC-DC变换器的方式实现稳压，增加装置成本。

对于传统有源整流电流实现稳压方式，需要检测电压电流相位，实现有源整流开关管的控制，实现稳压。控制电路复杂。

传统无线电能传输的接受侧电压稳定控制方法存在不足。

发明内容：

本发明的目的是为了实现无线电能传输装置接收侧的有源整流，在无需辅助电路的情况下，实现电压的精确控制，因此提供了一种用于无线电能传输的有源整流器。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种用于无线电能传输的有源整流器，包括能量接受模块、整流模块和控制模块；其中，

能量接受模块，用于将空间的电磁波能量转换为谐振交流电流，并将谐振交流电流传递给整流模块；

整流模块，用于将能量接受模块中的谐振交流电流整流成直流；

控制模块，用于控制整流模块的工作方式，使得整流模块输出的直流电压恒定。

本发明进一步的改进在于，能量接受模块包括依次串联的接收线圈L₂和补偿电容C₂；

整流模块包括开关管S以及依次串联的第一整流二极管D₁、第二整流二极管D₂和输出滤波电容C_f；

控制模块包括依次串联的采样电路、PWM控制器和开关管驱动电路；

其中，第一整流二极管D₁阳极连接第二整流二极管D₂阴极，第一整流二极管D₁阴极连接输出滤波电容C_f正极，输出滤波电容C_f负极连接第二整流二极管D₂阳极；开关管S与第二整流二极管D₂并联连接，第二整流二极管D₂阴极连接开关管S漏极，第二整流二极管D₂阳极连接开关管S源极；

采样电路输入端连接输出滤波电容C_f正极，采样电路输出串联PWM控制器输入端，PWM控制器输出端连接开关管驱动电路输入端，开关管驱动电路输出端连接开关管S栅极；

接收线圈L₂连接补偿电容C₂、第二整流二极管D₂阳极，补偿电容C₂连接接收线圈L₂、第二整流二极管D₂阴极；

工作时，负载与输出滤波电容C_f并联连接。

本发明进一步的改进在于，能量接受模块中的接收线圈L₂和补偿电容C₂发生高频谐振，高频谐振产生高频正弦电流环流，用于接收无线电能发射装置的能量，并作为电流源方式提供正弦电流能量。

本发明进一步的改进在于，当PWM控制器控制开关管S闭合，将接收线圈L₂和补偿电容C₂产生的谐振交流电流短路，采用开关管短路的方式阻止能量的传递，能量接受模块存储能量。

本发明进一步的改进在于，开关管S断开时则第一整流二极管D₁、第二整流二极管D₂将谐振电流整流输出，输出滤波电容C_f实现滤波；开关管闭合时，开关管S将谐振电流短路，不传输能量。

本发明进一步的改进在于，当需要接受能量时，PWM控制器输出PWM控制信号，PWM信号频率远低于谐振频率，并以一定占空比开通或关断开关管S。