專利名稱：一種無線輸電裝置的高頻電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高頻電源系統(tǒng)，屬于無線能量傳輸、高頻電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來科技的不斷發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備為我們的生活帶來便捷的同時(shí)，也受到眾多電源線和數(shù)據(jù)線的困擾，這就迫使我們尋找一種新的能量傳輸方式來避免眾多復(fù)雜的電源線等。因此無線電能傳輸作為一種新的能量傳輸方式正逐漸受到人們的重視，它有十分重要的應(yīng)用價(jià)值及開發(fā)前景，對(duì)能量的供應(yīng)方式和人們的生活產(chǎn)生難以估量的影響。目前，具有較好應(yīng)用前景的無線輸電技術(shù)是基于磁耦合諧振技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無線充電系統(tǒng)，而該系統(tǒng)一般工作在幾MHz到幾十MHz之間，現(xiàn)有的功率電源一般多在幾百到幾十千赫茲之間。而MHz輸出的功率電源比較昂貴，且設(shè)計(jì)復(fù)雜，多采用電子器件多級(jí)放大的方式實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述背景技術(shù)的不足之處，提供一種新型的高頻小范圍可調(diào)的功率電源的設(shè)計(jì)方法及其解決方案，能有效地實(shí)現(xiàn)千W級(jí)功率輸出， 并可實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其包括電源控制單元、升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元；其中，電源控制單元將輸入電壓進(jìn)行初始值調(diào)節(jié)后輸出至升壓變換電路；升壓變換電路將輸入的電壓進(jìn)行升壓處理后輸出至高壓整流電路；高壓整流電路對(duì)升壓變換電路處理后的電壓進(jìn)行整流操作得到高壓直流電，然后將高壓直流電輸出至高頻振蕩單元；高頻振蕩單元采用高頻振蕩原理將高壓直流電經(jīng)過振蕩變?yōu)楦哳l高壓的交流電輸出，作為無線輸電系統(tǒng)中的高頻電源。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)中，所述升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元中均設(shè)有電壓和電流采集電路，所述電壓和電流采集電路分別采集上述各單元的電壓、電流的相位、幅值、頻率，然后分別將上述各單元的電壓、電流的相位、幅值和頻率信號(hào)反饋至電源控制單元，經(jīng)過電源控制單元與給定輸出值進(jìn)行對(duì)比，然后控制改變各單元的電壓和電流，完成系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)中，所述電源控制單元是由IGBT組成的三相調(diào)壓系統(tǒng)，通過對(duì)升壓變換電路、高壓整流電路及高頻振蕩單元的反饋信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，給定IGBT的觸發(fā)信號(hào)和確定觸發(fā)角。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)中，所述升壓變換電路采用升壓變壓器或者升壓電路實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)中，所述高壓整流電路采用全橋整流電路實(shí)現(xiàn)高壓交流電的整流。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)中，所述高頻振蕩單元采用三極管電容三點(diǎn)式振蕩電路。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)的高頻振蕩單元中，所述三極管電容三點(diǎn)式振蕩電路包括一個(gè)功率三極管、兩個(gè)真空可調(diào)電容器、一個(gè)振蕩線圈和一個(gè)發(fā)射線圈；其中真空可調(diào)電容器與振蕩線圈組成振蕩回路接入功率三極管的集電極與發(fā)射級(jí)之間，并將其中的一個(gè)真空可調(diào)電容器的兩端電壓引入功率三極管的基極，形成正反饋。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)的高頻振蕩單元中的振蕩線圈、發(fā)射線圈是空心螺旋線圈。本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果通過該電源的方案對(duì)各單元電壓電流的實(shí)時(shí)采集、檢測(cè)、調(diào)節(jié)，可根據(jù)負(fù)載諧振頻率的變化，電源系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)振蕩電路的工作頻率或手動(dòng)調(diào)節(jié)振蕩回路中電容的參數(shù)， 使得該電源系統(tǒng)的輸出頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，為提高系統(tǒng)的傳輸效率起到積極的作用。

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)總體框圖。圖2是本實(shí)用新型中電源控制單元的電路拓?fù)鋱D。圖3是本實(shí)用新型中升壓變換電路的電路拓?fù)鋱D。圖4是本實(shí)用新型中高壓整流電路的電路拓?fù)鋱D。圖5是本實(shí)用新型中高頻振蕩單元的電路拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明本實(shí)用新型所提供的方法是采用市電或動(dòng)力電為輸入，經(jīng)過調(diào)壓控制系統(tǒng)對(duì)電源的幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過升壓變化電路將控制后的電壓升到幾KV，然后對(duì)此高壓進(jìn)行整流處理得到直流高壓。將此直流高壓作為振蕩電路的供電電壓，通過LC振蕩電路實(shí)現(xiàn)高頻電的輸出。通過改變高頻振蕩回路中電容的參數(shù)或功率三極管的工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高頻振蕩電源的調(diào)節(jié)。參照?qǐng)D1所示，本實(shí)用新型由電源控制單元1、升壓變換電路2、高壓整流電路3、高頻振蕩單元4組成。以電源控制單元為核心，升壓變換電路2、高壓整流電路3、高頻振蕩單元4分別有反饋信號(hào)反饋至電源控制單元1。將市電或動(dòng)力電接到電源控制單元1的輸入端，經(jīng)過電源控制單元1對(duì)輸入電壓進(jìn)行初始值(幅值調(diào)節(jié)、相位調(diào)節(jié))調(diào)節(jié)輸出至升壓變換電路2的輸入端，升壓變化電路2將調(diào)整后的電壓進(jìn)行升壓處理后連接輸出到高壓整流電路3的輸入端，高壓整流電路3對(duì)升壓變化電路2處理后的電壓進(jìn)行整流操作得到高壓直流電，并輸出至高頻振蕩單元4的輸入端，作為高頻振蕩單元的直流電源。同時(shí)升壓變換電路2、高壓整流電路3和高頻振蕩單元4分別將相位、幅值和頻率信號(hào)反饋至電源控制單元1，經(jīng)過電源控制單元1與給定輸出進(jìn)行對(duì)比，完成系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。參照?qǐng)D2所示，電源控制單元1是由IGBT組成的三相調(diào)壓系統(tǒng)，由晶閘管驅(qū)動(dòng)單元1-1，采集與驅(qū)動(dòng)單元1-2，電源控制CPU單元1-3和三個(gè)晶閘管1-4，1-5, 1-6組成。其中，采集與驅(qū)動(dòng)單元1-2用來收集由升壓變換電路2、高壓整流電路3、高頻振蕩單元4反饋回來的電壓、電流的相位、幅值和頻率信號(hào)，送至電源控制CPU單元1-3中進(jìn)行處理，最終形成控制信號(hào)，經(jīng)過晶閘管驅(qū)動(dòng)單元1-1形成可驅(qū)動(dòng)晶閘管的信號(hào)驅(qū)動(dòng)晶閘管1-4，1-5，1-6 工作，進(jìn)而改變電源系統(tǒng)輸出的電壓和功率；所述的晶閘管1-4，1-5，1-6分別串接于三相電的每一相中。參照?qǐng)D3所示，升壓變換電路2其主要可等效成一個(gè)三相升壓變壓器。將經(jīng)過電源控制單元1變換后的三相交流電進(jìn)行升壓操作。在升壓變換電路2中，每一相都有一個(gè)電壓(電流)傳感器，用來采集升壓后的電壓(電流)幅值，相位。經(jīng)過合成比較后，送至電源控制單元1，由采集與驅(qū)動(dòng)單元1-2收集。參照?qǐng)D4所示，高壓整流電路3主要實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓變換電路2的輸出電壓進(jìn)行整流、 穩(wěn)壓操作，同時(shí)用電壓(流)傳感器采集整流后的電壓(流)送至采集與驅(qū)動(dòng)單元1-2進(jìn)行下一步的分析，處理。參照?qǐng)D5所示，高頻振蕩單元4采用三極管電容三點(diǎn)式振蕩電路或電感三點(diǎn)式振蕩電路實(shí)現(xiàn)。三極管電容三點(diǎn)式振蕩電路包括一個(gè)功率三極管、兩個(gè)真空可調(diào)電容器、一個(gè)振蕩線圈，其中真空可調(diào)電容器與振蕩線圈組成振蕩回路，接入功率三極管的集電極與發(fā)射級(jí)之間，并將其中的一個(gè)真空電容器的兩端電壓引入功率三極管的基極，形成正反饋。其供電電源是由高壓整流電路4的輸出提供，輸出頻率可通過調(diào)節(jié)振蕩回路中的電容值或改變功率管的工作點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。其中為了實(shí)現(xiàn)較高的振蕩頻率，不存在鐵芯損耗，振蕩線圈、發(fā)射線圈采用空心螺旋線圈。以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的工頻電磁數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置，進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本文中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上說明是適用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述、本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解對(duì)本實(shí)用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于包括電源控制單元、升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元；其中，電源控制單元將輸入電壓進(jìn)行初始值調(diào)節(jié)后輸出至升壓變換電路；升壓變換電路將輸入的電壓進(jìn)行升壓處理后輸出至高壓整流電路；高壓整流電路對(duì)升壓變換電路處理后的電壓進(jìn)行整流操作得到高壓直流電，然后將高壓直流電輸出至高頻振蕩單元；高頻振蕩單元采用高頻振蕩原理將高壓直流電經(jīng)過振蕩變?yōu)楦哳l高壓的交流電輸出，作為無線輸電系統(tǒng)中的高頻電源。
2.如權(quán)利要求1所述的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于所述升壓變換電路、高壓整流電路、高頻振蕩單元中均設(shè)有電壓和電流采集電路，所述電壓和電流采集電路分別采集上述各單元的電壓、電流的相位、幅值、頻率，然后分別將上述各單元的電壓、電流的相位、幅值和頻率信號(hào)反饋至電源控制單元，經(jīng)過電源控制單元與給定輸出值進(jìn)行對(duì)比， 然后控制改變各單元的電壓和電流，完成系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于所述電源控制單元是由IGBT組成的三相調(diào)壓系統(tǒng)，通過對(duì)升壓變換電路、高壓整流電路及高頻振蕩單元的反饋信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，給定IGBT的觸發(fā)信號(hào)和確定觸發(fā)角。
4.如權(quán)利要求1所述的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于所述升壓變換電路采用升壓變壓器或者升壓電路實(shí)現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1的所述的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于所述高壓整流電路采用全橋整流電路實(shí)現(xiàn)高壓交流電的整流。
6.如權(quán)利要求1的所述的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于所述高頻振蕩單元采用三極管電容三點(diǎn)式振蕩電路。
7.如權(quán)利要求6的所述的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于所述三極管電容三點(diǎn)式振蕩電路包括一個(gè)功率三極管、兩個(gè)真空可調(diào)電容器、一個(gè)振蕩線圈和一個(gè)發(fā)射線圈；其中真空可調(diào)電容器與振蕩線圈組成振蕩回路接入功率三極管的集電極與發(fā)射級(jí)之間，并將其中的一個(gè)真空可調(diào)電容器的兩端電壓引入功率三極管的基極，形成正反饋。
8.如權(quán)利要求7所述的無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，其特征在于所述高頻振蕩單元中的振蕩線圈、發(fā)射線圈是空心螺旋線圈。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無線輸電裝置用高頻電源系統(tǒng)，包括電源控制系統(tǒng)、升壓變換電路、高壓頻整流電路、高頻振蕩單元組成。其中電源控制單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸入功率和輸入電壓的可調(diào)控制；升壓變換電路實(shí)現(xiàn)將交流低壓電升高為高壓電輸入至高壓整流電路，高壓整流電路實(shí)現(xiàn)直流高壓的輸出至高頻振蕩單元，作為高頻振蕩單元的直流輸入電源，為高頻振蕩單元中振蕩三極管的提供高壓直流電，高頻振蕩單元利用高頻振蕩原理振蕩輸出高頻高壓的交流電，該電源系統(tǒng)可產(chǎn)生頻率為500kHz到15MHz的高頻電源，可作為諧振式無線輸電系統(tǒng)中的高頻電源。
文檔編號(hào)H02M5/257GK202334327SQ20112045655
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者吉青晶, 周亞龍, 強(qiáng)浩, 王維, 譚林林, 趙家明, 黃學(xué)良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)