專(zhuān)利名稱(chēng)：非接觸式供電插座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種非接觸式供電插座。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電源插座(或插座連接器)都屬于接觸式連接方式，即通過(guò)插頭和插座的導(dǎo)電銅片的機(jī)械聯(lián)接來(lái)傳輸電能(或者電力)，插孔內(nèi)和插頭上的銅片裸露在外，易發(fā)生觸電和短路現(xiàn)象，且不能防水，插拔時(shí)有電火花產(chǎn)生，接觸部分容易氧化導(dǎo)致接觸不良，故使用不安全(特別是兒童愛(ài)用手指摳插座的插孔，容易造成觸電危險(xiǎn))，電氣連接部分需要維護(hù)。另外，傳統(tǒng)的接觸式供電連接方式中的彈性銅片一旦失去彈性或發(fā)生形變，可能導(dǎo)致接觸不良。而采用非接觸式電力連接器能有效的解決以上問(wèn)題。其功能類(lèi)似于現(xiàn)有的插座， 但插座與插頭之間無(wú)導(dǎo)體之間的機(jī)械聯(lián)接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種非接觸式供電插座，可實(shí)現(xiàn)無(wú)導(dǎo)體直接聯(lián)接的非接觸式電力/電能傳輸，故不會(huì)產(chǎn)生人體接觸帶電插座的金屬片而導(dǎo)致的觸電危險(xiǎn)，特別適合于對(duì)供電安全要求苛刻(如兒童房間里的插座，插拔時(shí)不能產(chǎn)生火花， 防水等)的供電電源插座設(shè)計(jì)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括原邊功率變換模塊、松耦合變壓器模塊、副邊電能處理模塊、控制器模塊、傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊、強(qiáng)電供電模塊和弱電供電模塊，其中所述松耦合變壓器模塊的原邊和副邊沒(méi)有電氣和機(jī)械的連接，實(shí)現(xiàn)由原邊向副邊的非接觸電能傳輸，強(qiáng)電供電模塊分別與原邊功率變換模塊和弱電供電模塊相連并為其提供電源，控制器模塊與原邊功率變換模塊相連傳輸驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊與控制信器模塊相連傳輸信號(hào)，原邊功率變換模塊與傳感器模塊相連傳輸電壓電流信號(hào)，傳感器模塊與信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊相連傳輸調(diào)理檢測(cè)信號(hào)，弱電供電模塊分別與控制器模塊、信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊和傳感器模塊相連并為這些模塊提供直流電源，原邊功率變換模塊與原邊松耦合變壓器模塊相連，副邊松耦合變壓器模塊與副邊電能處理模塊相連，副邊電能處理模塊與負(fù)載相連。所述的原邊功率變換模塊包括驅(qū)動(dòng)電路、交流/直流變換電源、過(guò)流保護(hù)熔斷器、抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻(PTC)、H橋諧振變換器和諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其中交流/直流變換電源輸出端口的一端與過(guò)流保護(hù)熔斷器的一端相連，過(guò)流保護(hù)熔斷器的另一端與抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻的一端相連，抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻的另一端和交流/直流開(kāi)關(guān)電源輸出端口的另一端作為H橋諧振變換器的輸入端口，H橋諧振變換器的輸出端口與諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的兩端相連，諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的兩端作為原邊功率變換模塊的輸出端口。H橋諧振變換器中的四個(gè)開(kāi)關(guān)管分別與驅(qū)動(dòng)電路相連由驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制其通斷；檢測(cè)模塊分別與輸入端口、輸出端口和儲(chǔ)能電感相連傳輸電壓電流信號(hào)。所述的開(kāi)關(guān)管是IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，或者是MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)。所述的松耦合變壓器模塊的磁芯為軟磁材料制成，該變壓器模塊的繞組線(xiàn)圈采用多股絞合線(xiàn)。所述的副邊電能處理模塊采用全橋整流器。所述的控制器模塊是數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器和CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器)中的一種。所述的傳感器模塊包括兩個(gè)電流互感器，分別與強(qiáng)電供電模塊和原邊功率變換模塊相連傳輸電流信號(hào)。所述的信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊包括母線(xiàn)電流過(guò)流保護(hù)、原邊諧振電流過(guò)流保護(hù)和母線(xiàn)欠壓保護(hù)，信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊的輸出端與控制器模塊相連傳輸調(diào)理及保護(hù)信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于在原、副邊之間不會(huì)產(chǎn)生接觸不良等故障，不會(huì)產(chǎn)生人體接觸帶電插座的金屬片而導(dǎo)致的觸電危險(xiǎn)，插拔時(shí)不會(huì)產(chǎn)生火花，可方便地進(jìn)行防水設(shè)計(jì)，并且增加了過(guò)流保護(hù)功能，能輸出穩(wěn)定的直流電壓，為加熱器、燈泡等負(fù)載供電。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是原邊功率變換模塊電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括原邊功率變換模塊1、控制器模塊2、信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊3、傳感器模塊4、弱電供電模塊5、強(qiáng)電供電模塊6、松耦合變壓器模塊7和副邊電能處理模塊8，其中強(qiáng)電供電模塊6分別與原邊功率變換模塊1和弱電供電模塊5相連傳輸交流電，控制器模塊2與原邊功率變換模塊1相連傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)，信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊3與控制器模塊2相連傳輸信號(hào)，原邊功率變換模塊1與傳感器模塊4相連傳輸電壓電流信號(hào)，傳感器模塊4與信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊3相連傳輸和調(diào)理檢測(cè)信號(hào)，弱電供電模塊5分別與控制器模塊2、信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊3和傳感器模塊4相連為這些模塊提供直流電源，原邊功率變換模塊1與松耦合變壓器模塊7相連，松耦合變壓器模塊7與副邊電能處理模塊8相連，副邊電能處理模塊8與負(fù)載9相連。其中，松耦合變壓器模塊7的原邊和副邊沒(méi)有電氣連接。如圖2所示，所述的原邊功率變換模塊1包括交流/直流開(kāi)關(guān)電源A、過(guò)流保護(hù)熔斷器B、抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻(PTC)C、H橋諧振變換器D、諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)E和驅(qū)動(dòng)電路，其中交流/直流開(kāi)關(guān)電源A輸出端口的一端與過(guò)流保護(hù)熔斷器B的一端相連，過(guò)流保護(hù)熔斷器B的另一端與抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻C的一端相連，抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻C的另一端和交流/直流開(kāi)關(guān)電源A輸出端口的另一端作為H橋諧振變換器D的輸入端口，H橋諧振變換器D的輸出端口與諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)E的兩端相連，諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)E的兩端作為原邊功率變換模塊1的輸出端口。H橋諧振變換器D中的四個(gè)開(kāi)關(guān)管分別與驅(qū)動(dòng)電路相連傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)；檢測(cè)模塊分別與輸入端口、輸出端口和儲(chǔ)能電感相連傳輸電壓電流信號(hào)。所述的開(kāi)關(guān)管是頂公司的型號(hào)為RGP20B60PD的IGBT。所述的松耦合變壓器模塊7中，選擇西門(mén)子N27鐵氧體51 X 39mm罐型磁芯作為磁芯材料，繞組線(xiàn)圈采用單股線(xiàn)徑為0. 2mm的45股Lize線(xiàn)。所述的副邊電能處理模塊8采用飛兆半導(dǎo)體FYP2010DN肖特基整流二極管。所述的控制器模塊2是微控制器TMS320F2810，該微控制器根據(jù)信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊3所傳輸?shù)碾妷弘娏餍盘?hào)，得到高頻脈寬可調(diào)控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制原邊功率變換模塊1的四個(gè)開(kāi)關(guān)管的通斷，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、穩(wěn)壓功能；同時(shí)當(dāng)電感電流超過(guò)安全值時(shí)，微控制器封鎖控制信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能。所述的傳感器模塊4包括兩個(gè)電流互感器LSSR 6-NP,分別與強(qiáng)電供電模塊6和原邊功率變換模塊1相連傳輸電流信號(hào)。所述的信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊3包括母線(xiàn)電流過(guò)流保護(hù)、原邊諧振電流過(guò)流保護(hù)和母線(xiàn)欠壓保護(hù)，信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊3的輸出端與控制器模塊2相連傳輸調(diào)理及保護(hù)信號(hào)。上述裝置的性能指標(biāo)為工作溫度為-40 85°C，輸入電壓為AC 220V，最大工作電流為10A，輸入電壓的工作頻率為50Hz。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式供電插座，包括原邊功率變換模塊、松耦合變壓器模塊、副邊電能處理模塊、控制器模塊、傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊、強(qiáng)電供電模塊和弱電供電模塊，其特征在于所述松耦合變壓器模塊的原邊和副邊沒(méi)有電氣連接，實(shí)現(xiàn)由原邊向副邊的非接觸電能傳輸，強(qiáng)電供電模塊分別與原邊功率變換模塊和弱電供電模塊相連傳輸交流電，控制器模塊與原邊功率變換模塊相連傳輸驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊與控制信器模塊相連傳輸信號(hào)，原邊功率變換模塊與傳感器模塊相連傳輸電壓電流信號(hào)，傳感器模塊與信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊相連傳輸調(diào)理檢測(cè)信號(hào)，弱電供電模塊分別與控制器模塊、信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊和傳感器模塊相連并為這些模塊提供直流電源，原邊功率變換模塊與松耦合變壓器模塊(原邊)相連，松耦合變壓器(副邊)模塊與副邊電能處理模塊相連，副邊電能處理模塊與負(fù)載相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式供電插座，其特征是，所述的原邊功率變換模塊包括交流/直流變換電源、過(guò)流保護(hù)熔斷器、抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻、H橋諧振變換器、 驅(qū)動(dòng)電路和諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，交流直流變換電源輸出端口的一端與過(guò)流保護(hù)熔斷器的一端相連，過(guò)流保護(hù)熔斷器的另一端與抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻的一端相連，抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻的另一端和交流/直流開(kāi)關(guān)電源輸出端口的另一端作為H橋諧振變換器的輸入端口，H橋諧振變換器的輸出端口與諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的兩端相連，諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的兩端作為原邊功率變換模塊的輸出端口，H橋諧振變換器中的四個(gè)開(kāi)關(guān)管分別與驅(qū)動(dòng)電路相連傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)；檢測(cè)模塊分別與輸入端口、輸出端口和儲(chǔ)能電感相連檢測(cè)和傳輸電壓電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式供電插座，其特征是，所述的開(kāi)關(guān)管是絕緣柵雙極晶體管金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式供電插座，其特征是，所述的松耦合變壓器模塊的磁芯為軟磁材料制成，該變壓器模塊的繞組線(xiàn)圈采用多股絞合線(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式供電插座，其特征是，所述的副邊電能處理模塊采用全橋整流器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式供電插座，其特征是，所述的傳感器模塊包括兩個(gè)電流互感器，分別與強(qiáng)電供電模塊和原邊功率變換模塊相連檢測(cè)和傳輸電流信號(hào)。
全文摘要
一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域的非接觸式供電插座，包括原邊功率變換模塊、松耦合變壓器模塊、副邊電能處理模塊、控制器模塊、傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理及保護(hù)模塊、強(qiáng)電供電模塊和弱電供電模塊，原邊功率變換模塊包括交流/直流變換電源、過(guò)流保護(hù)熔斷器、抑制起動(dòng)沖擊的正溫度電阻、H橋諧振變換器、驅(qū)動(dòng)電路和諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明在原、副邊之間不會(huì)產(chǎn)生接觸不良、火花等故障，具有防水、防觸電等優(yōu)點(diǎn)，并且增加了過(guò)流保護(hù)功能，能輸出穩(wěn)定的直流電壓，為加熱器、燈泡等負(fù)載供電。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102290870SQ201110110309
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者唐厚君, 徐陽(yáng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)