[实用新型]模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统

说明书

本实用新型涉及电能传输领域，为实现谐振频率的自动跟踪，提升供电功率和效率，降低对外电磁干扰。为此，本实用新型采取的技术方案是，模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统，由电源、扼流圈、电容、发射线圈、磁芯、接收线圈、全波整流桥、稳压电容、谐振电容、耦合器、零点检测控制芯片和开关组成，电源与扼流圈的第一个引脚连接，扼流圈的第二个引脚与电容的第一个引脚连接，电容的第二个引脚接地；扼流圈的第二个引脚与发射线圈的中心抽头连接，发射线圈通过磁芯与接收线圈耦合，接收线圈与由只同样型号的二极管组成全波整流桥连接，整流桥的输出与稳压电容连接，为负载提供功率。本实用新型主要应用于超静音无线供电系统设计制造场合。

技术领域

本实用新型涉及电能传输领域，尤其是涉及非接触式供电领域。

背景技术

旋转测量设备例如激光雷达系统、旋转机械遥测系统等在工作状态下实现水平360°扫描，传统的导线供电方式会出现导线缠绕问题，无法满足供电要求。同时，设备在工作状态下转速普遍较高，若采用接触式供电如滑环、电刷等进行供电，则系统的使用寿命将会受到限制，根据文献报道，采用滑环供电的激光雷达使用寿命约为一千小时，需要定期进行维护。为了提高其使用寿命，供电方式应选择非接触式供电。

常见的非接触式供电方式有电磁耦合谐振无线供电和感应耦合无线供电，磁耦合谐振式无线供电的优势在于能够将电能传送至较远距离，但磁耦合谐振无线供电方式效率低、电磁干扰大，并且当传输功率较大时，线圈的尺寸也较大，不利于集成化。与此同时，在上述应用中，供电距离并不大，约为1mm，因此本系统可以进一步降低发射线圈和接收线圈的距离，转而采用感应耦合的方式。

在采用感应耦合方式进行供电时，为了增大耦合系数、提升供电效率、降低对外电磁干扰，应引入磁芯收束线圈产生的磁力线，同时采用电流型并联谐振开关电源，并使电路工作在电路的自然频率下。根据以上原则设计的电路以其低干扰的特点，被称为超静音变换器。但在旋转设备供电的应用中，线圈距离会产生微小的变换，而由于引入磁芯，发射线圈和接受线圈处于紧耦合和松耦合之间，这些微小的距离变化会影响系统的谐振频率，使系统无法长期工作在谐振状态。传统的静音变换器一般工作在静止工况下，无法实现频率的跟踪，为了弥补这个不足，应增加频率跟踪系统，将传统的静音变换器改进为自谐振、超静音无线供电系统。而目前常用的频率跟踪方法，一般需要比较原边线圈电压和电流相位差或者原边线圈电压和副边线圈电压相位差，虽然能够实现自动调谐，但都较为复杂。为了保证该供电系统始终工作在谐振状态，降低电路复杂程度，设计一种模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型旨在提出一种模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统。该系统通过检测发射线圈的电压零点，调整开关电源的开关频率，实现谐振频率的自动跟踪，提升供电功率和效率，降低对外电磁干扰。为此，本实用新型采取的技术方案是，模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统，由电源、扼流圈、电容、发射线圈、磁芯、接收线圈、全波整流桥、稳压电容、谐振电容、耦合器、零点检测控制芯片和开关组成，电源与扼流圈的第一个引脚连接，扼流圈的第二个引脚与电容的第一个引脚连接，电容的第二个引脚接地；扼流圈的第二个引脚与发射线圈的中心抽头连接，发射线圈通过磁芯与接收线圈耦合，接收线圈与由只同样型号的二极管组成全波整流桥连接，整流桥的输出与稳压电容连接，为负载提供功率，发射线圈与谐振电容并联，构成谐振腔，发射线圈的中心抽头通过耦合器与零点检测控制芯片相连，零点检测控制芯片与两个开关的栅极相连，两个开关的源极分别接地，两个开关的漏极分别接在发射线圈的两端。

电源的作用是为系统提供电能；扼流圈和电容用于保证所有状态下通过电路的电流是连续的；磁芯的用于提高发射线圈与接收线圈的耦合系数，还用于屏蔽发射线圈与接收线圈的磁力线，减少发射线圈与接收线圈对外的电磁干扰；稳压电容的作用是使负载上的电压为恒定值；零点检测控制芯片的作用是检测发射线圈中心抽头处电压的零点，产生两路相位相反的脉冲宽度调制PWM信号控制两个开关交替导通；两个开关的作用是控制发射线圈的两端交替接地。