[发明专利]一种基于相位判断的主动调谐无线能量传输装置

摘要

本发明的一种基于相位判断的主动调谐无线能量传输装置属于电子技术的技术领域，其结构有交直流转换电路(1)，高频逆变电路(2)，电感补偿电路(3)，单片机(4)，相位检测电路(5)。本发明具有负载适应范围宽、传输效率高、使用灵活、系统稳定性和可靠性高等优点。

主权项

1.一种基于相位判断的主动调谐无线能量传输装置，其结构有，交直流转换电路(1)，高频逆变电路(2)，单片机(4)，其特征在于，结构还有，电感补偿电路(3)，相位检测电路(5)；所述的交直流转换电路(1)的输入端与市电相连，交直流转换电路(1)的输出端与高频逆变电路(2)的电源输入端相连，高频逆变电路(2)的取样输出端与相位检测电路(5)的输入端相连，相位检测电路(5)的输出端与单片机(4)相连，单片机(4)还分别与高频逆变电路(2)的控制输入端和电感补偿电路(3)的输入端相连，电感补偿电路(3)的输出端与高频逆变电路(2)的补偿输入端相连；所述的高频逆变电路(2)的结构为，二极管D1的阳极与+12V的电源相连，二极管D1的阴极与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极以及电容C1的一端相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极及三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的基极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端+5V直流电源相连，三极管Q2的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端作为高频逆变电路(2)的第一个控制输入端，记为端口MCU‑in1，与单片机(4)相连，三极管Q1的集电极与二极管D2的阳极、三极管Q3的基极及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C1的另一端、三极管Q3的集电极、稳压二极管D3的阳极、场效应管Q8的漏极、电感L的一端及场效应管Q4的源极相连，作为高频逆变电路(2)的电感输出端，记为端口L‑out，与相位检测电路(5)的端口L‑in相连，三极管Q3的发射极与二极管D2的阴极、稳压二极管D3的阴极及场效应管Q4的栅极相连，场效应管Q4的漏极与场效应管Q9的漏极相连，作为高频逆变电路(2)的电源输入端，记为端口Vs‑in，与交直流转换电路(1)的直流电压输出端相连，场效应管Q8的栅极与电阻R8的一端及三极管Q7的集电极相连，电阻R8的另一端与三极管Q5的集电极相连，三极管Q5的发射极与电阻R5的一端及+12V直流电源相连，电阻R5的另一端与三极管Q5的基极及三极管Q6的集电极相连，三极管Q6的基极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与+5V电源相连，三极管Q6的发射极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电阻R9的一端相连，作为高频逆变电路(2)的第二个控制输入端，记为端口MCU‑in2，与单片机(4)相连，电阻R9的另一端与三极管Q7的基极相连，三极管Q7的发射极与场效应管Q8的源极相连并接地，电感L的另一端与电容Cs的一端相连，作为高频逆变电路(2)的一个补偿输入端，记为端口Ladj‑in1，与电感补偿电路(3)的端口Ladj‑out1相连，电容Cs的另一端与取样电阻Rs的一端相连，作为高频逆变电路(2)的另一个补偿输入端，同时还作为高频逆变电路(2)的一个取样输出端，记为端口Rs‑out1，该端口与电感补偿电路(3)的端口Ladj‑out2相连，还与相位检测电路(5)的端口Rs‑in1相连，取样电阻Rs的另一端与场效应管Q13的漏极、场效应管Q9的源极、稳压二极管D4的阳极、三极管Q10的集电极、电阻R10的一端及电容C2的一端相连，作为高频逆变电路(2)的另一个取样输出端，记为端口Rs‑out2，与相位检测电路(5)的端口Rs‑in2相连，场效应管Q9的栅极与稳压二极管D4的阴极、三极管Q10的发射极及二极管D5的阴极相连，三极管Q10的基极与电阻R10的另一端、二极管D5的阳极及三极管Q11的集电极相连，三极管Q11的发射极与电容C2的另一端、电阻R11的一端及二极管D6的阴极相连，二极管D6的阳极与+12V直流电源相连，三极管Q11的基极与电阻R11的另一端及三极管Q12的集电极相连，三极管Q12的基极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与+5V直流电源相连，三极管Q12的发射极与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端作为高频逆变电路(2)的第三个控制输入端，记为端口MCU‑in3，与单片机(4)相连；场效应管Q13的源极与三极管Q14的发射极相连并接地，场效应管Q13的栅极与电阻R14的一端及三极管Q14的集电极相连，三极管Q14的基极与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连，作为高频逆变电路(2)的第四个控制输入端，记为端口MCU‑in4，与单片机(4)相连，电阻R14的另一端与三极管Q15的集电极相连，三极管Q15的发射极与电阻R16的一端及+12V直流电源相连，三极管Q15的基极与电阻R16的另一端及三极管Q16的集电极相连，三极管Q16的发射极与电阻R17的另一端相连，三极管Q16的基极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与+5V直流电源相连；所述的电感补偿电路(3)的结构为，第一继电器驱动电路、第二继电器驱动电路、第三继电器驱动电路、第四继电器驱动电路、第五继电器驱动电路、第六继电器驱动电路、第七继电器驱动电路、第八继电器驱动电路的输出端分别与电感补偿网络的八个输入端相连，第一继电器驱动电路、第二继电器驱动电路、第三继电器驱动电路、第四继电器驱动电路、第五继电器驱动电路、第六继电器驱动电路、第七继电器驱动的电路、第八继电器驱动电路的输入端分别与单片机(4)八个不同的I/O口相连，电感补偿电路(3)的输出端与的高频逆变电路(2)的输入端相连；所述电感补偿网络的结构为，继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8的线圈的一端均接地，另一端作为电感补偿网络的八个输入端，依次记为端口Rin1、Rin2、Rin3、Rin4、Rin5、Rin6、Rin7、Rin8，各与一个继电器驱动电路的输出端相连，电感L1、L2、L3、L4、L5的一端相连，还与电感L6的一端及继电器K5的动触点相连，电感L2、L3、L4、L5的另一端依次与继电器K1、K2、K3、K4的动触点相连，电感L1的另一端与继电器K1、K2、K3、K4的静触点均相连，作为电感补偿网络的一个输出端，记为端口Ladj‑out1，与高频逆变电路(2)的端口Ladj‑in1相连，电感L6的另一端与电感L7的一端、继电器K5的静触点及继电器K6的动触点相连，电感L7的另一端与电感L8的一端、继电器K6的静触点及继电器K7的动触点相连，电感L8的另一端与电感L9的一端、继电器K7的静触点及继电器K8的动触点相连，电感L9的另一端与继电器K8的静触点相连，作为电感补偿网络的另一个输出端，记为端口Ladj‑out2，与高频逆变电路(2)的端口Rs‑out1相连；所述的第一继电器驱动电路～第八继电器驱动电路的结构均相同，具体结构为，电阻R31的一端与+5V直流电源相连，另一端与光耦U6中发光二极管的阳极相连，光耦U6中发光二极管的阴极作为继电器驱动电路的输入端，记为端口MCU‑in，与单片机(4)相连；光耦U6中光电三极管的发射极接地，集电极与电阻R32的一端及电阻R33的一端相连，电阻R32的另一端接+12V电源，电阻R33的另一端与三极管Q17的基极相连，三极管Q17的发射极接+12V电源，集电极与二极管D9的阴极相连，作为继电器驱动电路的输出端，记为端口Rout，二极管D9的阳极接地。所述的相位检测电路(5)的结构为，电阻R19的一端作为相位检测电路(5)的一个输入端，记为端口Rs‑in1，与高频逆变电路(2)的端口Rs‑out1相连；电阻R19的另一端与电阻R21的一端及电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端与电阻R23的一端及电阻R22的一端相连并接地，电阻R21的另一端与电阻R23的另一端及运放U1的同相输入端相连；电阻R24的一端作为相位检测电路(5)的另一个输入端，记为端口Rs‑in2,与高频逆变电路(2)的端口Rs‑out2相连；电阻R24的另一端与电阻R25的一端及比较器U2B的同相输入端相连，电阻R25的一端与运放U1的反相输入端及电阻R26的一端相连，运放U1的正电源输入端与+5V直流电源相连，运放U1的负电源输入端与‑5V直流电源，运放U1的输出端与电阻R26的另一端及比较器U2A的同相输入端相连；比较器U2A的正电源输入端与+5V直流电源，比较器U2A的负电源输入端接地，比较器U2A的输出端与D触发器U3A的CLK端口相连；D触发器U3A的D端口和PR端口与+5V直流电源相连，D触发器U3A的CLR端口与电容C3的一端及电阻R29的一端相连，电容C3的另一端接+5V直流电源，D触发器U3A的Q非端口与电阻R29的另一端相连，D触发器U3A的Q端口与反相器U4A的输入端相连，反相器U4A的输出端与D触发器U5A的PR端口相连；电阻R27的一端作为相位检测电路(5)的参考相位输入端，记为端口L‑in,电阻R27的另一端与电阻R28的一端及比较器U2B的反相输入端相连，电阻R28的另一端接地；比较器U2B的正电源输入端与+5V直流电源相连，比较器U2B的负电源输入端接地，比较器U2B的输出端与D触发器U3B的CLK端口相连；D触发器U3B的CLR端口与+5V直流电源相连，D触发器U3B的D端口接地及电容C4的一端接地，D触发器U3B的PR端口与电容C4的另一端及电阻R30的一端相连，D触发器U3B的Q端口与电阻R30的另一端相连，D触发器U3B的Q非端口与反相器U4B的输入端相连，反相器U4B输出端与D触发器U5A的CLR端口相连；D触发器U5A的D端口以及CLK端口都接地，D触发器U5A的Q端口作为相位检测电路(5)的输出端，记为端口Phase‑out。