一種高效率的電能發(fā)射端、非接觸電能傳輸裝置和電能傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電能傳輸領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種高效率的電能發(fā)射端、非接觸電 能傳輸裝置和電能傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非接觸電能傳輸技術(shù)由于其方便實(shí)用的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品領(lǐng)域，目前， 實(shí)現(xiàn)非接觸電能傳輸?shù)姆绞街饕写鸥袘?yīng)式和磁共振式兩種方式，磁感應(yīng)式由于受傳輸距 離的限制其應(yīng)用場合非常有限，磁共振式無線電能傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、大功率的電能傳 輸，可以廣泛應(yīng)用于電子終端、電動(dòng)汽車、水下、地下等用電設(shè)備的充電和供電。
[0003] 通常的無線電能傳輸裝置主要包括電能發(fā)射端和電能接收端，兩者通過電磁感應(yīng) 或磁共振原理實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。其中，電能發(fā)射端包括有逆變器和發(fā)射線圈，逆變器接收 直流電壓產(chǎn)生交流電壓，發(fā)射線圈接收交流電壓產(chǎn)生頻率為的交變磁場，電能接收端中 的接收線圈耦合所述交變磁場，感生出頻率為《c的交變電壓Vsin(u?。一般來說，交變磁場 的頻率越低，電能傳輸?shù)木嚯x越短，因此，為了增加無線電能傳輸?shù)木嚯x，需要提高交變磁 場的頻率。而根據(jù)無線充電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的介紹，例如Qi和PMA無線充電標(biāo)準(zhǔn)，在電磁感應(yīng) 無線電能傳輸系統(tǒng)中，交變磁場的頻率在100kHz-500kHz之間，電能傳輸距離通常在一個(gè) 厘米以下；根據(jù)A4WP無線充電標(biāo)準(zhǔn)，在磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)中，若交變磁場的頻率為 6. 78MHz，則相應(yīng)的電能傳輸距離可以達(dá)到幾個(gè)厘米。
[0004] 因此，為了提高傳輸距離，一般采用磁共振無線電能傳輸方式，并產(chǎn)生6. 78MHz頻 率的交變磁場，相應(yīng)的，逆變器中的開關(guān)器件需要工作在6. 78MHz的頻率。而當(dāng)開關(guān)器件工 作在6. 78MHz時(shí)，開關(guān)器件上將產(chǎn)生非常大的開關(guān)損耗，極大地降低了開關(guān)壽命，為了降低 損耗，通常需要采用軟開關(guān)技術(shù)（ZVS)，以使得開關(guān)器件降低損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種高效率的電能發(fā)射端、非接觸電能傳輸裝置和電能 傳輸方法，通過調(diào)節(jié)控制直流-交流電壓變換器的輸出等效阻抗，以使得所述輸出等效阻 抗為感性阻抗，從而使得所述逆變器中的開關(guān)器件在零電壓壓降時(shí)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)導(dǎo)通， 在尚頻率時(shí)能夠大大減小開關(guān)損耗。
[0006] 依據(jù)本發(fā)明的一種高效率的電能發(fā)射端，向與其隔離的電能接收端傳輸能量，所 述電能發(fā)射端包括：
[0007] 直流-交流電壓變換器，接收直流電壓以輸出具有預(yù)設(shè)頻率的交流電壓；
[0008] 電能發(fā)射部分，包括原邊發(fā)射線圈，所述原邊發(fā)射線圈接收所述交流電壓產(chǎn)生交 變磁場，以向所述電能接收端傳輸能量；
[0009] 軟開關(guān)控制電路，連接在所述直流-交流電壓變換器和電能發(fā)射部分之間，用以 調(diào)節(jié)所述直流-交流電壓變換器的輸出等效阻抗，以使得所述輸出等效阻抗呈感性阻抗；
[0010] 其中，所述預(yù)設(shè)頻率與所述電能發(fā)射端和電能接收端的系統(tǒng)工作頻率一致。
[0011] 進(jìn)一步的，所述電能發(fā)射部分還包括原邊諧振電容，所述原邊諧振電容和所述原 邊發(fā)射線圈的諧振頻率為所述預(yù)設(shè)頻率。
[0012] 優(yōu)選的，所述軟開關(guān)控制電路包括一第一電感，所述第一電感的兩端分別連接所 述直流-交流電壓變換器和所述電能發(fā)射部分。
[0013] 優(yōu)選的，所述電感的感抗值根據(jù)所述直流-交流電壓變換器的工作電流調(diào)節(jié)。
[0014] 優(yōu)選的，所述軟開關(guān)控制電路包括第一電感和第一電容，
[0015] 所述第一電感的第一端連接所述直流-交流電壓變換器的第一輸出端，第二端接 至所述電能發(fā)射部分；
[0016] 所述第一電容的第一端與所述第一電感的第二端連接，第二端連接所述直流-交 流電壓變換器的第二輸出端。
[0017] 優(yōu)選的，所述第一電感和第一電容的諧振頻率設(shè)置為與所述預(yù)設(shè)頻率一致。
[0018] 依據(jù)本發(fā)明的一種非接觸電能傳輸方法，通過相互隔離的電能發(fā)射端和電能接收 端傳輸能量，包括以下步驟：
[0019] 利用直流-交流電壓變換器接收直流電壓以輸出具有預(yù)設(shè)頻率的交流電壓，所述 預(yù)設(shè)頻率與所述電能發(fā)射端和電能接收端的系統(tǒng)工作頻率一致；
[0020] 調(diào)節(jié)所述直流-交流電壓變換器的輸出等效阻抗，以使得所述輸出等效阻抗呈感 性阻抗；
[0021] 接收所述交流電壓以產(chǎn)生交變磁場，以向所述電能接收端傳輸能量；
[0022] 感應(yīng)所述交變磁場以獲得相應(yīng)的交變電壓，將所述交變電壓轉(zhuǎn)換為合適的直流電 壓供給輸出負(fù)載。
[0023] 優(yōu)選的，利用第一電感構(gòu)成的軟開關(guān)控制電路對(duì)所述直流-交流電壓變換器的輸 出等效阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
[0024] 優(yōu)選的，所述電感的感抗值根據(jù)所述直流_交流電壓變換器的工作電流調(diào)節(jié)。
[0025] 優(yōu)選的，利用第一電感和第一電容組成的軟開關(guān)控制電路對(duì)所述直流-交流電壓 變換器的輸出等效阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
[0026] 優(yōu)選的，所述第一電感和第一電容的諧振頻率設(shè)置為與所述預(yù)設(shè)頻率一致。
[0027] 依據(jù)本發(fā)明的一種非接觸電能傳輸裝置，包括隔離的電能發(fā)射端和電能接收端， 所述電能發(fā)射端為上述的電能發(fā)射端；
[0028] 所述電能接收端包括副邊接收線圈和整流濾波電路，所述副邊接收線圈感應(yīng)所述 原邊發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場，以獲得相應(yīng)的交變電壓，所述整流濾波電路將所述交變電 壓轉(zhuǎn)換為合適的直流電壓供給輸出負(fù)載。
[0029] 根據(jù)上述的高效率的電能發(fā)射端、非接觸電能傳輸裝置和電能傳輸方法，利用一 電感或者由電感和電容構(gòu)成的軟開關(guān)控制電路來調(diào)節(jié)所述直流-交流電壓變換器的輸出 等效阻抗，使得輸出等效阻抗保持為感性阻抗，而根據(jù)感性阻抗的電流滯后于電壓的特性， 可以讓直流-交流電壓變換器中的開關(guān)器件在導(dǎo)通前壓降下降為零，實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通。本 發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：
[0030] 1.在高頻率條件下降低開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)高效率的無線電能傳輸；
[0031] 2.軟開關(guān)控制電路采用無源器件，易控制，成本低；
[0032] 3.利用電感和電容構(gòu)成的軟開關(guān)控制電路不但可以很好的實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)導(dǎo)通，還可 以設(shè)置合適的諧振頻率，以同時(shí)作為電能發(fā)射端的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)原邊電流的調(diào)節(jié)， 提高系統(tǒng)的電能傳輸效率。
【附圖說明】
[0033] 圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的電能發(fā)射端的第一實(shí)施例的電路框圖；
[0034] 圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的電能發(fā)射端的第二實(shí)施例的電路框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅僅限于 這些實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方 案。為了使公眾對(duì)本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說明了具體的細(xì) 節(jié)，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0036] 參考圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的電能發(fā)射端的第一實(shí)施例的電路框圖，所述電能 發(fā)射端應(yīng)用于非接觸電能傳輸系統(tǒng)中，電能發(fā)射端用以向與其隔離的電能接收端傳輸能 量，如圖1所示，電能接收端的等效阻抗記為&。本實(shí)施方式中，所述電能發(fā)射端包括有直