一種低功率無線充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種無線充電技術(shù)，特別涉及一種低功率無線充電電路拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線充電技術(shù)的學(xué)名又叫做無線電能傳輸，其原理非常類似于變壓器，都是通過 發(fā)射電路產(chǎn)生一個(gè)交變電流通過初級(jí)線圈，從而在初級(jí)線圈上產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，次級(jí) 線圈通過接收該交變電磁場(chǎng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能源的傳輸。
[0003] 但是相較于變壓器通過磁芯來傳導(dǎo)電磁能形成的高耦合度，無線充電的傳導(dǎo)路徑 為空氣，這使得無線充電線圈之間的耦合度大大低于變壓器，這也是直接導(dǎo)致無線充電傳 輸距離短以及效率低的最大瓶頸所在，而現(xiàn)階段無線充電克服低耦合度主要辦法就是在發(fā) 射線圈和接收線圈各串聯(lián)一個(gè)一定容值的電容來改善無線傳輸?shù)木嚯x與效率。
[0004] 目前無線充電行業(yè)的主流標(biāo)準(zhǔn)是WPC聯(lián)盟主導(dǎo)的QI標(biāo)準(zhǔn)。QI標(biāo)準(zhǔn)是全球首個(gè)無 線充電標(biāo)準(zhǔn)化組織，該標(biāo)準(zhǔn)也是所有標(biāo)準(zhǔn)中推廣最為廣泛，市場(chǎng)應(yīng)用最多的標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)上絕 大部分的產(chǎn)品都是基于QI標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示QI標(biāo)準(zhǔn)電路連接示意圖，該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射與接 收部分采用的是兩個(gè)處于同一諧振頻率的串聯(lián)諧振電路，而負(fù)載電壓主要是靠M0S管的壓 降來調(diào)節(jié)。該技術(shù)的傳輸距離一旦超過5mm，傳輸效率將會(huì)極急劇下降；同時(shí)，在傳輸距離 5mm以內(nèi)的范圍，若傳輸?shù)墓β实陀?W,傳輸?shù)男室餐瑯訒?huì)急劇下降。這兩個(gè)主要的缺陷 限制了該技術(shù)主要只能應(yīng)用于2W到5W之間，傳輸距離小于5mm的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)在基于QI標(biāo)準(zhǔn)的無線充電電路存在的問題，提出了一種低 功率無線充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能有效提高無線充電傳輸距離以及低功率下傳輸效率的電路 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。若此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用在QI標(biāo)準(zhǔn)下，貝U在傳輸功率小于2W，傳輸距離5mm以內(nèi)，系統(tǒng) 平均傳輸效率能保持在70 %以上；當(dāng)傳輸距離為30mm的時(shí)候，系統(tǒng)傳輸效率為48 %，并隨 著傳輸距離的變短而提高。此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特別適用于一些需要一定傳輸距離且傳輸功率 不高的應(yīng)用場(chǎng)合，例如可穿戴式設(shè)備。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種低功率無線充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括逆變電路、原 邊諧振電路、副邊諧振電路、整流電路、開關(guān)降壓電路，逆變電路為由4個(gè)低導(dǎo)通阻抗的M0S 管組成的全橋逆變電路，將輸入的直流電變?yōu)榻涣麟娸敵?，輸出接由串?lián)的電容Cp、無線發(fā) 射線圈Lp組成的原邊諧振電路的兩端，副邊諧振電路為并聯(lián)式諧振電路，由電容Cs、無線 接收線圈Ls并聯(lián)組成，原邊諧振電路與副邊諧振電路通過高頻磁場(chǎng)耦合，電能從原邊諧振 電路的輸出端傳遞到副邊諧振電路，副邊諧振電路輸出交流電經(jīng)過整流電路整流后輸出直 流電，再經(jīng)過開關(guān)降壓電路調(diào)節(jié)為負(fù)載所需電壓。
[0007]所述開關(guān)降壓電路由兩個(gè)低導(dǎo)通阻抗的M0S管、電感以及濾波電容組成，兩個(gè)低 導(dǎo)通阻抗的M0S管串聯(lián)，串聯(lián)點(diǎn)與直流負(fù)極接串聯(lián)的電感和濾波電容，濾波電容兩端為輸 出。
[0008] 本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型低功率無線充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了 無線充電的功率傳輸距離和效率。
【附圖說明】
[0009] 圖1為QI標(biāo)準(zhǔn)電路連接示意圖；
[0010] 圖2為本實(shí)用新型低功率無線充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖3為一種應(yīng)用本實(shí)用新型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線充電電路系統(tǒng)示意圖；
[0012] 圖4為本實(shí)用新型在QI標(biāo)準(zhǔn)下本實(shí)用新型的實(shí)測(cè)效率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 如圖2所示低功率無線充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，包括逆變電路、原邊諧振電路、 副邊諧振電路、整流電路、開關(guān)降壓電路；逆變電路為由4個(gè)低導(dǎo)通阻抗的M0S管組成的全 橋逆變電路，將輸入的直流電變?yōu)榻涣麟娸敵觯敵鼋佑纱?lián)的電容Cp、無線發(fā)射線圈Lp 組成的原邊諧振電路的兩端，副邊諧振電路為并聯(lián)式諧振電路，由電容Cs、無線接收線圈 Ls并聯(lián)組成，原邊諧振電路與副邊諧振電路通過高頻磁場(chǎng)耦合，電能從原邊諧振電路的輸 出端傳遞到副邊諧振電路，副邊諧振電路輸出交流電經(jīng)過整流電路整流后輸出直流電，再 經(jīng)過開關(guān)降壓電路調(diào)節(jié)為負(fù)載所需電壓。
[0014] 開關(guān)降壓電路由兩個(gè)低導(dǎo)通阻抗的M0S管、電感以及濾波電容組成，兩個(gè)低導(dǎo)通 阻抗的M0S管串聯(lián)，串聯(lián)點(diǎn)與直流負(fù)極接串聯(lián)的電感和濾波電容，濾波電容兩端為輸出。
[0015] 在分析低耦合線圈電能傳輸系統(tǒng)的時(shí)候，反射阻抗是一種很好的分析方法。如果 把整個(gè)無線傳輸系統(tǒng)從發(fā)射部分觀察，則可以把整個(gè)接收端等效為一個(gè)串聯(lián)于發(fā)射端的反 射阻抗；發(fā)射端在反射阻抗上消耗的功率則可以等效為接收端所接收到的功率；反射阻抗 的大小直接反映了接收端對(duì)于發(fā)射端的影響，反射阻抗越大，則接收端與發(fā)射端聯(lián)系越為 緊密，從發(fā)射端傳輸能量到接收端的效率也就越高，整個(gè)系統(tǒng)的效率以及傳輸距離也就越 高，反之則否。
[0016] 在現(xiàn)有的技術(shù)中，副邊諧振電路為串聯(lián)諧振電路，其諧振狀態(tài)下在發(fā)射端的反射 阻抗為W2M2/X，其中，W是諧振頻率，Μ是互感，&是負(fù)載。隨著傳輸距離的提高，Μ會(huì)越小， 則反射阻抗也就越小。這也就進(jìn)一步解釋了為何現(xiàn)有技術(shù)中無線充電傳輸距離只能在5mm 以下。
[0017] 從W2M2/X中還可以看出R屬小，則反射阻抗就越大。在一定的負(fù)載電壓下，負(fù)載 電流越大，則&越小，而現(xiàn)階段無線充電標(biāo)準(zhǔn)的最大輸出為5V、1A，換算成負(fù)載為5歐姆，也 就是說現(xiàn)階段負(fù)載最小值也就只有5歐姆，這也就進(jìn)一步解釋了為何現(xiàn)有技術(shù)中無線充電 在低功率下不能達(dá)到很高的效率。
[0018] 在本實(shí)用新型中，副邊諧振電路為并聯(lián)諧振電路，其諧振狀態(tài)下在發(fā)射端的反射 阻抗為m2r7lS2，其中，Μ是互感，&是負(fù)載，L#副邊線圈電感。從公式可以看出，Rji大， 則反射阻抗就越大。
[0019] 在本實(shí)用新型中，真正關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)在于BUCK開關(guān)降壓電路與副邊并聯(lián)諧振電 路的結(jié)合，因?yàn)锽UCK開關(guān)降壓電路具有放大負(fù)載的作用，根據(jù)公式Rin=D可以得出隨 著D的提高，Rin也成比例的提高