一种无线充电桩的制作方法

1.本发明属于充电桩技术领域，具体地说，是涉及一种无线充电桩。


背景技术：

2.在现当代社会，电能已经成为全世界最重要的能源之一，电能是一种经济、容易控制、清洁的新型能源。在当代社会，科技水平进步的速度十分迅猛，越来越多的高科技电子设备被我们所利用。而再给这些电子产品充电的过程中，人们发现传统的充电模式不仅麻烦，而且容易带来危险，以往的电力系统在传输的过程中会出现或多或少的损耗，同时也会有电线老化等问题存在，以至于电力系统和设备的可靠性和安全性都存在着极大的隐患。这些问题如果放在一些有着很特别要求的地方，例如在医院的心脏手术方面有一些植入式的医疗设备，这些植入式的设备若采用有线的供电方式，由于与人体皮肤有直接的电气连接，容易造成机械上的磨损和电器腐蚀，对患者身体会造成不好的影响，并且如果每充一次电就要躺进手术室进行一系列的操作，对患者的心理也会产生不好的影响。另一方面，传统的有线充电模式是特定的充电器对应特定的电子设备进行充电，不同种类的电子产品，可能充电接口都是不同的，例如电脑、手机、平板，都是分开的接口，并且就算是同种产品的不同品牌的充电接口都是不一样的，例如苹果手机或者小米手机，就分别是lightning和usb type
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c，这就导致市面上的插座、适配器种类繁多，充电的过程中各种各样的数据线对人们造成很大的困扰。出个远门可能刮胡刀得带一个线，手机带一个线，笔记本带一个线，充电宝带一个线，就会非常繁琐。所以基于以上考虑，人们思考出另一种电能传输方式，即无线电能传输。
3.根据传输方式和原理的不同，无线电能传输技术可分为三类，即电磁辐射、电磁感应和磁耦合谐振。
4.现有的无线充电桩的磁耦合谐振电路中，降压电路的驱动隔离效果差，驱动脉冲质量不好，工作频率不稳定，导致无线充电桩充电效率不高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种无线充电桩，主要解决现有无线充电桩的磁耦合谐振电路中，降压电路的驱动隔离效果差，驱动脉冲质量不好，工作频率不稳定的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种无线充电桩，包括由输入端整流电路、buck降压电路、多谐振振荡器电路、场效应管及发射线圈依次连接构成的发射端及由接收线圈、接收端整流电路及滤波电路连接形成的接收端；所述buck降压电路包括驱动芯片u1，正极与驱动芯片u1的vc引脚相连且负极与vb引脚相连的二极管d1，正极与输入端整流滤波电路的输出端相连且负极与驱动芯片u1的vs引脚相连的二极管d2，栅极与驱动芯片u1的hd引脚相连的mos管q，与mos管q的漏极相连的电感l，一端与电感l另一端相连且另一端与二极管d2的正极相连的c1，以及一端与二极管d2的正极相连且另一端与mos管q的源极和驱动芯片u1的vc引脚相连的电容c2，其
中，驱动芯片u1的vc引脚还与输入端整流滤波电路的输出端相连。
8.进一步地，在本发明中，所述多谐振振荡器电路包括ne555芯片u2，一端与ne555芯片u2的tr引脚、th引脚相连电容c3，一端与电容c3的另一端相连且另一端与ne555芯片u2的cv引脚相连的电容c4，一固定端与ne555芯片u2的th引脚相连且滑动端与ne555芯片u2的dc引脚相连的滑动变阻器rv1，一端与滑动变阻器rv1的另一固定端相连的电阻r1，以及并联于电阻r1两端的电阻r2；其中，ne555芯片u2的q引脚与场效应管的栅极相连。
9.进一步地，在本发明中，所述输入端整流滤波电路与接收端整流电路均采用桥式整流电路。
10.进一步地，在本发明中，所述滤波电路采用电容滤波电路。
11.进一步地，在本发明中，所述发射线圈两端并联有原边补偿电容c5。
12.进一步地，在本发明中，所述接收线圈两端并联有副边补偿电容c6。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
14.(1)本发明通过在无线充电桩的发射端设置桥式整流滤波电路、buck降压电路、多谐振振荡器，使输入的工频交流电转换为高频震荡信号，由发射线圈发射，同时在接收端应用了桥式整流滤波电路，对接收线圈得到的电压进行整流滤波，将得到的直流电供给汽车电池充电。其中，buck降压电路在输入信号的上升沿和下降沿传输pwm信号，在平顶级传输能量，输出陡峭的驱动脉冲。该驱动方法具有使用方便、驱动脉冲质量好、工作频率高、体积小、最大输入电压可达1000v等优点。
15.(2)本发明的多谐振振荡器可以实现直流到交流以及低频到高频的变换，并且内部还可以形成震荡脉冲，使线圈两边lc震荡电路起振。可以通过外接电阻和电容来控制频率。
附图说明
16.图1为本发明的电路原理图图。
具体实施方式
17.下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
18.实施例
19.如图1所示，本发明公开的一种无线充电桩，包括由输入端整流电路、buck降压电路、多谐振振荡器电路、场效应管及发射线圈依次连接构成的发射端及由接收线圈、接收端整流电路及滤波电路连接形成的接收端；其中，所述输入端整流电路为高频整流模块，其输出功率为3.3kw。
20.在本发明中，所述buck降压电路包括驱动芯片u1，正极与驱动芯片u1的vc引脚相连且负极与vb引脚相连的二极管d1，正极与输入端整流滤波电路的输出端相连且负极与驱动芯片u1的vs引脚相连的二极管d2，栅极与驱动芯片u1的hd引脚相连的mos管q，与mos管q的漏极相连的电感l，一端与电感l另一端相连且另一端与二极管d2的正极相连的c1，以及一端与二极管d2的正极相连且另一端与mos管q的源极和驱动芯片u1的vc引脚相连的电容c2，其中，驱动芯片u1的vc引脚还与输入端整流滤波电路的输出端相连。
21.buck降压电路电感选择主要根据输出电流的大小，电感值l的选取要足够大，才能使buck降压电路不工作在dcm模式，输入直流电源为us，输出直流电压为uo。开关管导通时间为t
on
，关断时间为t
off
，pwm周期为t
s
，信号频率即t
on
t
off
＝t
s
，设为pwm波占空比。在t
on
时间，开关管截止，二极管d导通；开关管关断时，二极管d导通。其输出电压与输入电压的关系式如下：
[0022][0023]
根据计算，频率50hz情况下，周期为0.02，带入输入电压为310v，输出电压为200v，故t
on
＝0.013，d＝0.645。即调节输入电压为310v的占空比为0.645，输出电压为200v，满足电动汽车的充电。
[0024]
在本发明中，所述多谐振振荡器电路包括ne555芯片u2，一端与ne555芯片u2的tr引脚、th引脚相连电容c3，一端与电容c3的另一端相连且另一端与ne555芯片u2的cv引脚相连的电容c4，一固定端与ne555芯片u2的th引脚相连且滑动端与ne555芯片u2的dc引脚相连的滑动变阻器rv1，一端与滑动变阻器rv1的另一固定端相连的电阻r1，以及并联于电阻r1两端的电阻r2；其中，ne555芯片u2的q引脚与场效应管的栅极相连。ne555芯片将经buck电路降压后的200v直流电转换为高频交流电并使发射线圈发生震荡发射出去。直流电压进入ne555中后，经过震荡后转换为高频震荡信号从ne555的输出端(3脚)输出，震荡信号经由mos管进行功率放大后传输到发射线圈，将谐振信号发射出去。
[0025]
在本发明中，所述输入端整流滤波电路与接收端整流电路均采用桥式整流电路。桥式整流用到了4个二极管，它能全程产生直流电，二极管所承受的电压只有单相半波整流的一半，因此相当于半波整流电路的升级版。在第一阶段，当交流电处于正半周期时，极性在顶部为正，底部为负。二极管d4和d5在这个时候因为是正向电压，所以导通，二极管d3和d6在这个时候因为是反向电压，所以关断。在第二阶段，当交流电处于负半周期时，极性在顶部为负，在底部为正，二极管d3和d6在这个时候导通，二极管d4和d5在这个时候因为是反向电压，所以关断。最后，在负载上产生单向脉动电压。
[0026]
在本发明中，所述滤波电路采用电容滤波电路，电容滤波电路在整流电路直流输出侧与负载并联一个电容，电容在电路中充放电，使整流出来的电压更加平稳。
[0027]
通过上述设计，本发明应用磁耦合谐振式无线电能传输，通过在发射端应用了桥式整流滤波电路、buck降压电路、多谐振振荡器电路，使输入的工频交流电转换为高频震荡信号，由发射线圈发射，完成了充电桩电路的设计；在接收端应用了桥式整流滤波电路，对接收线圈得到的电压进行整流滤波，将得到的直流电供给汽车电池充电，从而实现了电动汽车的无线充电。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
[0028]
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。