一种多模式无线充电电路的制作方法

本实用新型设计电力电子技术领域，具体的，涉及一种多模式无线充电电路。

背景技术：

目前电力巡线逐渐从人力巡检模式向无人机巡检、人力以及载人直升机巡检协同进行转变。由于载人直升机的诸多局限因素，而无人机巡检线路具有不受地形环境限制、费用与效率之比较高等优势，且更加安全，无人机电力巡线和人力巡线结合已成为电力行业巡线工作的主要趋势。

市场上现有的巡线无人机续航能力低，在电力巡线高度较高、室外温度较高的情况下，电能损耗速度加快，而充电时间却需超过一个小时。续航能力和充电效率的不匹配限制了无人机的飞行时间和飞行距离，无法实现长时间巡线任务。目前巡线无人机主要采用传统的有线充电模式有两种：（1）充电插头直接插在无人机上充电；（2）取出无人机中的电池插入专用充电器进行充电。人工频繁更换电池不仅增加了人力成本，也破坏了无人机巡线工作的连续性。巡线无人机无线充电可实现无人机站全程自动化和无人化，节省无人机管理的人力资源，方便智能地解决了无人机无法远距离长时间巡线飞行的问题。由于巡检区域大、路线远，对于无线充电站的电能供给不方便，为了满足无人机的充电需求，保障无人机的巡航能力，无人机电能供给模式需要朝着多样化的方向发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决巡检无人机充电效率低下以及充电电源供给单一性的问题，设计的一种多模式无线充电电路，该方案将市电和光伏发电作为充电线路的能量供给端，通过对不同电源的调控，使其输出电压符合无人机的供电电压的需求，有效保障了无人机的巡检效率，极大的减少了人力维护成本。

为实现上述技术目的，本实用新型提供的一种技术方案是，一种多模式无线充电电路，包括有第一电源模块、第二电源模块、斩波电路、逆变电路、谐振补偿电路、整流电路、控制模块、第一检测模块以及第二检测模块；所述第一电源模块和第二电源模块的输出端分别作为斩波电路的输入端，所述斩波电路的输出端与逆变电路的输入端电连接，所述逆变电路的输出端与谐振补偿电路的输入端电连接，谐振补偿电路的输出端与整流电路的输出端电连接，所述整流电路的输出端与蓄电池组的两端电连接，第一检测模块的检测端与斩波电路的输入正端电连接，所述第一检测模块的输出端与控制模块的第一采集端电连接，所述第二检测模块的检测端与蓄电池组的正极端电连接，所述第二检测模块的输出端与控制模块的第二采集端电连接。

本方案中，采用两种模式对无人机的蓄电池组进行充电，模式一是由光伏发电机组产生直流电压，然后经过直流斩波电路输出充电所需的电压，再利用高频全桥逆变电路把直流电变换成谐振频率的交流电。通过谐振补偿电路的原边输出端与无线电能发射线圈相连，电能发射线圈产生高频谐振磁场，接收线圈在高频谐振磁场中产生感应电压，经过整流滤波后给无人机电池充电。模式二采用工频单相市电供电，电网电压经过单相全桥不控整流电路后变换成直流电，然后经过直流斩波电路输出充电所需的电压，再利用高频全桥逆变电路把直流电变换成谐振频率的交流电。通过谐振补偿电路的原边输出端与无线电能发射线圈相连，电能发射线圈产生高频谐振磁场，接收线圈在高频谐振磁场中产生感应电压，经过整流滤波后给无人机电池充电。可根据光伏蓄电池电量来进行模式选择，当光伏蓄电池电量充足时则选择模式一，相反则选择模式二，两种模式的相互切换，可以保证无人机持续、安全以及高效的充电。

作为优选，所述的第一电源模块包括有光伏发电机组以及第一断路器，所述光伏发电机组的输出端与第一断路器的第一端电连接，所述第一断路器的第二端与斩波电路输入端电连接，所述第一断路器的控制端与控制模块的控制端电连接。

本方案中，当无人机进入充电区域进行充电时，优先选择光伏发电机组对其进行充电，控制模块控制第一断路器的闭合，进而使得电源端通路，使得光伏电源经过一系列电能变换，输出安全的充电电压，对蓄电池组进行充电。

作为优选，所述第二电源模块包括有市电电源、第二断路器以及单相全桥不控整流电路，所述市电电源的输出端与第二断路器的第一端电连接，所述第二断路器的第二端与单相全桥不控整流电路的输入端电连接，所述单相全桥不控整流电路的输出端与斩波电路的输入端电连接。

本方案中，当光伏供电电能不足时，选择市电电源对其进行充电，控制模块控制第二断路器的闭合，进而使得电源端通路，使得光伏电源经过一系列电能变换，输出安全的充电电压，对蓄电池组进行充电。

作为优选，所述第一检测模块包括有电压互感器、第一电压检测电路、电流互感器和第一电流检测电路，所述电压互感器和电流互感器的输入端分别斩波电路的输入正端电连接，所述电压互感器的输出端与第一电压检测电路的输出端电连接，所述第一电压检测电路的输出端与控制模块的第一电压采集端电连接，所述电流互感器的输出端与第一电流检测电路的输出端电连接，所述第一电流检测电路的输出端与控制模块的第一电流采集端电连接。

本方案中，控制模块实时监测光伏发电机组和市电电源的电能质量，包括电压和电流数据，进而判断电能是否符合供电电能的需求。

作为优选，所述第二检测模块包括第二电压检测电路和第二电流检测电路，所述第二电压检测电路和第二电流检测电路的蓄电池组的正极端电连接，所述第二电压检测电路与控制模块的第二电压采集端电连接，所述第二电流检测电路的输出端与控制模块的第二电流采集端电连接。

本方案中，实时监测电池组端的充电情况，及时作出调整，使得充电过程安全高效的进行。

作为优选，所述的控制模块包括有第一控制器、第二控制器、第一通讯模块和第二通讯模块，所述第一通讯模块与第一控制器电连接，所述第二通讯模块与第二控制器电连接，所述第二通讯模块和第一通讯模块通讯连接。

作为优选，所述的谐振补偿电路包括有电感l1，电感l1的第一端与逆变电路的输出正端电连接，所述电感l1的第二端与电容c1的第一端电连接，所述电容c1的第二端与逆变电路的输出负端电连接，所述电容c1的第一端与原边绕组lp的第一端电连接，原边绕组lp的第二端与电容c1的第二端电连接，副边绕组ls的第一端与电容c2的第一端电连接，电容c2的第二端与整流电路的输入正端电连接，所述副边绕组ls的第二端与整流电路的输入负端电连接。

作为优选，所述的第一控制器和第二控制器采用at89cxx型号单片机。本方案中，at89cxx型号单片机可拓展性能好，稳定性高。

作为优选，所述的第一通讯模块和第二通讯模块采用gprs通讯模块、蓝牙通讯模块或者zigbee模块的一种或多种。

本方案中，采用远距离传输的gprs通讯模块以及近距离传输的蓝牙通讯模块或者zigbee模块，多种通讯模式可供选择，保证信息交互的无障碍性，更有利与对整个充电过程实时调控。

本实用新型的有益效果：采用多种供电模式，通过对电能质量的检测，选择最有利于无人机充电的充电模式进行充电，控制器通过对不同电源的调控，使其输出电压符合无人机的供电电压的需求，保障蓄电池组安全高效的充电，提高了无人机的巡检效率，极大的减少了人力维护成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种多模式无线充电电路的电路结构示意图。

图2为本实用新型的一种多模式无线充电电路的谐振补偿电路原理图。

图中标记说明：11-市电电源、12-第二断路器、13-单相全桥不控整流电路、14-光伏发电机组、15-第一断路器、2-斩波电路、3-逆变电路、4-谐振补偿电路、5-整流电路、6-蓄电池组、71-电压互感器、72-第一电压检测电路、73-电流互感器、74-第一电流检测电路、75-第二电压检测电路、76-第二电流检测电路、81-第一控制器、82-第一通讯模块、83-第二通讯模块、84-第二控制器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本实用新型的一种最佳实施例，仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：如图1所示，一种多模式无线充电电路的电路结构示意图，由第一电源模块、第二电源模块、斩波电路2、逆变电路3、谐振补偿电路4、整流电路5、控制模块、第一检测模块以及第二检测模块组组成；第一电源模块和第二电源模块的输出端分别作为斩波电路2的输入端，斩波电路2的输出端与逆变电路3的输入端电连接，逆变电路3的输出端与谐振补偿电路4的输入端电连接，谐振补偿电路4的输出端与整流电路5的输出端电连接，整流电路5的输出端与蓄电池组6的两端电连接，第一检测模块的检测端与斩波电路2的输入正端电连接，第一检测模块的输出端与控制模块的第一采集端电连接，第二检测模块的检测端与蓄电池组6的正极端电连接，第二检测模块的输出端与控制模块的第二采集端电连接。

本实施例中，采用两种模式对无人机的蓄电池组6进行充电，模式一是由光伏发电机组14产生直流电压，然后经过直流斩波电路2输出充电所需的电压，再利用高频全桥逆变电路3把直流电变换成谐振频率的交流电。通过谐振补偿电路4的原边输出端与无线电能发射线圈相连，电能发射线圈产生高频谐振磁场，接收线圈在高频谐振磁场中产生感应电压，经过整流滤波后给无人机电池充电。模式二采用工频单相市电供电，电网电压经过单相全桥不控整流电路513后变换成直流电，然后经过直流斩波电路2输出充电所需的电压，再利用高频全桥逆变电路3把直流电变换成谐振频率的交流电。通过谐振补偿电路4的原边输出端与无线电能发射线圈相连，电能发射线圈产生高频谐振磁场，接收线圈在高频谐振磁场中产生感应电压，经过整流滤波后给无人机电池充电。可根据光伏蓄电池电量来进行模式选择，当光伏蓄电池电量充足时则选择模式一，相反则选择模式二，两种模式的相互切换，可以保证无人机持续、安全以及高效的充电。

第一电源模块由光伏发电机组14以及第一断路器15组成，第二电源模块由市电电源11、第二断路器12以及单相全桥不控整流电路513组成，光伏发电机组14的输出端与第一断路器15的第一端电连接，第一断路器15的第二端与斩波电路2输入端电连接，第一断路器15的控制端与控制模块的控制端电连接；市电电源11的输出端与第二断路器12的第一端电连接，所述第二断路器12的第二端与单相全桥不控整流电路513的输入端电连接，所述单相全桥不控整流电路513的输出端与斩波电路2的输入端电连接。

本实施例中，当无人机进入充电区域进行充电时，优先选择光伏发电机组14对其进行充电，控制模块控制第一断路器15的闭合，进而使得电源端通路，使得光伏电源经过一系列电能变换，输出安全的充电电压，对蓄电池组6进行充电；当光伏供电电能不足时，选择市电电源11对其进行充电，控制模块控制第二断路器12的闭合，进而使得电源端通路，使得光伏电源经过一系列电能变换，输出安全的充电电压，对蓄电池组6进行充电。

第一检测模块由电压互感器71、第一电压检测电路72、电流互感器73和第一电流检测电路74组成，电压互感器71和电流互感器73的输入端分别斩波电路2的输入正端电连接，电压互感器71的输出端与第一电压检测电路72的输出端电连接，第一电压检测电路72的输出端与控制模块的第一电压采集端电连接，电流互感器73的输出端与第一电流检测电路74的输出端电连接，第一电流检测电路74的输出端与控制模块的第一电流采集端电连接；控制模块实时监测光伏发电机组14和市电电源11的电能质量，包括电压和电流数据，进而判断电能是否符合供电电能的需求。

第二检测模块由第二电压检测电路75和第二电流检测电路76组成，第二电压检测电路75和第二电流检测电路76的蓄电池组6的正极端电连接，第二电压检测电路75与控制模块的第二电压采集端电连接，第二电流检测电路76的输出端与控制模块的第二电流采集端电连接；实时监测电池组端的充电情况，及时作出调整，使得充电过程安全高效的进行。

控制模块由第一控制器81、第二控制器84、第一通讯模块82和第二通讯模块83组成，第一通讯模块82与第一控制器81电连接，第二通讯模块83与第二控制器84电连接，第二通讯模块和第一通讯模块通讯连接。其中，为了保证系统的稳定性，第一控制器81和第二控制器84采用at89cxx型号单片机，第一通讯模块82和第二通讯模块83采用远距离传输的gprs通讯模块以及近距离传输的蓝牙通讯模块或者zigbee模块，多种通讯模式可供选择，保证信息交互的无障碍性，更有利与对整个充电过程实时调控。

谐振补偿电路4包括有电感l1，电感l1的第一端与逆变电路3的输出正端电连接，所述电感l1的第二端与电容c1的第一端电连接，所述电容c1的第二端与逆变电路3的输出负端电连接，所述电容c1的第一端与原边绕组lp的第一端电连接，原边绕组lp的第二端与电容c1的第二端电连接，副边绕组ls的第一端与电容c2的第一端电连接，电容c2的第二端与整流电路5的输入正端电连接，副边绕组ls的第二端与整流电路5的输入负端电连接。lcl-s谐振补偿电路4能够得到输出电压和负载无关性；输出电压只与输入电压、电感l1以及变压器互感系数m有关，通过参数设计，可得到恒定的期望输出电压，从而给无人机提供稳定的充电电压。

以上所述之具体实施方式为本实用新型一种多模式无线充电电路的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。