一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置

本发明属于无线电能传输，具体涉及一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置。

背景技术：

1、大气隙间距无线电能传输技术在军事和民用领域有着广泛应用。该技术不但拓展了电子设备的使用范围，而且解决了传统有线电能传输在使用过程中容易产生电线老化、短路等问题。因为大气隙间距条件下初级侧线圈与次级侧线圈之间的互感系数非常低，因此无法以耦合的方式实现能量传输。目前，传统大气隙间距无线供电技术主要基于磁谐振原理实现电能从初级传输至次级设备。由于谐振系统对谐振频率稳定性要求较高，因此初级侧设备和次级侧设备的驱动电路大多以补偿电路或者反馈的方式实现。目的是稳定系统的工作频率，提升系统的供电效率。谐振系统的本质是次级设备通过匹配初级设备辐射的磁场频率从而实现能量的高效传输。

2、然而，谐振系统(串联谐振系统或并联谐振系统)电特性等同于带通滤波器，且其带宽bw与品质因数q(一个周期内谐振电路储能的最大值与损耗能量之比)为反比关系。为了实现高能量密度传输，初级侧设备需设计较大的线圈提高辐射磁场强度，这种方法虽然提高了系统q值，但线圈所辐射的交变磁场带宽非常窄。

3、而实际应用中，初级设备和次级设备的电容、线圈等元器件存在固有误差，并且环境因素的影响会使误差发生偏移。比如电容固有误差为5％～20％，低温和高温工作条件下固有误差会产生更大的偏移，最终使得次级设备谐振频段与设计频段偏离10％以上。所以，次级设备难以在全时段、全天候及全工作温度范围等复杂应用环境中保证谐振频率稳定在较窄的频段内。这就导致传统无线电能传输技术的初级设备与次级设备会在具体应用中出现与初级设备谐振频率失配的情况。尤其在同一初级设备为多种次级设备的应用中，难以保证众多次级侧设备与该初级设备的谐振频率保持统一性和稳定性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，包括：

3、初级侧装置和次级侧装置；其中，

4、所述初级侧装置包括：h桥、h桥驱动电路、扩频控制电路和初级侧线圈；

5、所述扩频控制电路对伪随机序列进行扩频，产生宽带控制信号cp和宽带控制信号cn；

6、所述h桥驱动电路根据所述宽带控制信号cp和所述宽带控制信号cn产生开关控制信号h1、开关控制信号l1、开关控制信号h2和开关控制信号l2；

7、所述h桥在所述开关控制信号h1、所述开关控制信号l1、所述开关控制信号h2和所述开关控制信号l2的控制下，根据直流输入电压输出交变激励源；

8、所述初级侧线圈根据所述交变激励源产生具有宽带特性的交变磁场；

9、所述次级侧装置通过耦合所述交变磁场的能量场产生交流电压，并将所述交流电转换为直流电压输出。

10、在本发明的一个实施例中，扩频控制电路，包括：

11、基波电路、扩频电路和逻辑电路。

12、在本发明的一个实施例中，基波电路和所述扩频电路中的任意一个，包括：

13、微处理器、定时器和可编程逻辑器件。

14、在本发明的一个实施例中，逻辑电路包括：

15、异或逻辑电路和非门逻辑电路。

16、在本发明的一个实施例中，基波电路用于产生固定频率的方波信号。

17、在本发明的一个实施例中，扩频电路用于产生伪随机扩频信号。

18、在本发明的一个实施例中，逻辑电路的工作过程，包括：

19、所述异或逻辑电路对所述伪随机扩频信号和所述方波信号进行调制，输出宽带控制信号cp；

20、所述非门逻辑电路产生与所述宽带控制信号cp电平逻辑相反的宽带控制信号cn。

21、在本发明的一个实施例中，h桥的电路结构，包括：

22、晶体管q1、晶体管q2、晶体管q3和晶体管q4；其中，

23、所述晶体管q1的源极与所述晶体管q4的漏极连接，所述晶体管q1的栅极与所述开关控制信号h1连接，所述晶体管q1的漏极接入所述直流输入电压；

24、所述晶体管q2的漏极与所述晶体管q1的漏极连接，所述晶体管q2的栅极与所述开关控制信号h2连接，所述晶体管q2的源极与所述初级侧线圈的第一输入端连接；

25、所述晶体管q3的源极与所述晶体管q4的源极连接，所述晶体管q3的栅极与所述开关控制信号l2连接，所述晶体管q3的漏极与所述晶体管q2的源极连接；

26、所述晶体管q4的源极接入所述直流输入电压，所述晶体管q4的栅极与所述开关控制信号l1连接，所述晶体管q4的漏极与所述初级侧线圈的第二输入端连接。

27、在本发明的一个实施例中，次级侧装置，包括：

28、次级侧线圈、宽带补偿电路、整流电路和稳压电路。

29、本发明的有益效果：

30、本发明实施例所提供的方案中，创新性发明了差异性带宽的无线供电体制，通过对初级侧线圈激励源进行扩频处理，使初级侧线圈产生具有宽带特性的交变磁场，具有带宽可调节的灵活性，可根据具体使用需求，通过优化扩频编码的方式调节激励的带宽，降低了次级侧装置在频段设计方面容差指标的要求，避免了传统次级侧装置在谐振频率上的设计容差、降低了生产筛选要求和相关检验标准，简化了次级侧装置的设计。本发明还适用于发射端与不同规格接收端单独无线充电的应用场景。当初级侧线圈辐射方向为全向时，可用于为多个不同规格接收端同时充电。

技术特征：

1.一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述扩频控制电路，包括：

3.根据权利要求2所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述基波电路和所述扩频电路中的任意一个，包括：

4.根据权利要求2所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述逻辑电路包括：

5.根据权利要求4所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述基波电路用于产生固定频率的方波信号。

6.根据权利要求5所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述扩频电路用于产生伪随机扩频信号。

7.根据权利要求6所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述逻辑电路的工作过程，包括：

8.根据权利要求1所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述h桥的电路结构，包括：

9.根据权利要求1所述的一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，其特征在于，所述次级侧装置，包括：

技术总结本发明公开了一种具有带宽差异特性的高普适性无线电能传输装置，包括：初级侧装置和次级侧装置；初级侧装置包括：H桥、H桥驱动电路、扩频控制电路和初级侧线圈；扩频控制电路对伪随机序列进行扩频，产生宽带控制信号；H桥驱动电路根据宽带控制信号产生开关控制信号；H桥在开关控制信号的控制下，根据直流输入电压输出交变激励源；初级侧线圈根据交变激励源产生具有宽带特性的交变磁场；次级侧装置通过耦合交变磁场产生交流电压，并将交流电转换为直流电压输出。本发明通过对初级侧线圈激励源进行扩频处理，使初级侧线圈产生具有宽带特性的交变磁场，具有带宽可调节的灵活性，可根据具体使用需求，通过优化扩频编码的方式调节激励的带宽。技术研发人员：李博,谢楷,徐晗,张宝,权磊,刘艳受保护的技术使用者：西安电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25