一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置

技术领域

本发明属于磁共振耦合无线充电领技术术领域，尤其涉及一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置。

背景技术

随着科技创新和互联网技术的不断发展，消费类电子产品、智能家居系统以及物联网产品的普及应用，都离不开使用电源，传统的电器和电子设备通常采用有线电源直接供电和内置电池，有线电源供电使用供电线不仅占据空间错综复杂，同时也带来了一定的安全隐患。而内置电池供电的设备又待机时间短，需要多次充电，大大影响了用户使用体验。使用无线充电技术在各类电子应用中不断增长，对于无线充电技术的研究与应用也成为了国内外科技应用和学术界的新方向。

目前业内公认的无线充电技术主要分为三类，一种是WPC联盟主推的QI标准，也称为磁感应耦合技术，另一种是Airfuel联盟主推的磁共振耦合技术，还有一种是电磁辐射式无线输能技术。相比于磁感应技术，磁共振耦合技术在充电距离、空间自由度、一对多充和功率扩展上有明显优势；而相比于电磁辐射式无线输能技术，磁共振耦合技术在能量转化效率、传输功率和电磁安全方面更具备实际应用价值。目前，该技术已逐渐被应用于智能穿戴、扫地机器人、AGV、智能门锁等设备中，赋予设备无线充电的功能，并提高设备的安全性和智能化程度，提升用户的使用体验。另外磁共振耦合技术在智能家居领域的应用也将颠覆传统家电及移动通信设备、消费电子产品的使用模式，以住宅为平台，利用磁谐振无线充电技术、隐藏布线技术以及自动控制技术彻底移除家居生活区域内所有电源线，对设备进行无线充电或者持续电能供给，提升家居的安全性、便利性和舒适性，构建高效、环保、节能的居住环境。

目前针对小微功率的无线充电设备存在供电电压受限，负载需求的电流较大，可达到300mA至500mA,且设备对传输效率、发热、电磁干扰及纹波、电路尺寸等都有较高的要求。目前已公开的用于小微功率电子设备的磁共振无线充电设计均采用的单路发射单路接收的设计方案，存在以下弊端：(1)单路功放电路所需要的供电电压较高，自身所需要承载的功率较大，且功放电路体积偏大，不能满足小微化的需求；(2)单路功放电路系统的谐波等EMI问题很难控制，导致接收端整流稳压后的纹波大，影响负载设备的正常工作；(3)单路功放输出功率有限，发热严重，效率低，很难满足小微功率功放端低电压输入、接收端大电流负载的应用场景；(4)单路接收整流稳压电路面积较大、整流稳压效率低、发热严重。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置，解决了现有可用于小微功率小型电子设备无线充电的磁共振无线充电设计方案中系统电路体积大、功耗大、效率低、稳定性差、干扰严重以及发热严重等技术问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置，包括磁共振发射模块以及与所述磁共振发射模块连接的磁共振接收模块；

所述磁共振发射模块包括无线通信模块主机、频率源、射频功率放大电路、磁共振耦合发射天线以及电源转换电路；所述频率源与所述射频功率放大电路连接，所述射频功率放大电路与所述磁共振耦合发射天线连接；所述无线通信模块主机分别与频率源、电源转换电路以及磁共振接收模块连接；所述电源转换电路为磁共振发射模块提供电源，所述电源转换电路分别为频率源、射频功率放大电路以及无线通信模块主机提供电电压；

所述磁共振接收模块包括多路磁共振耦合接收天线、多路整流稳压电路、无线通信模块从机、供电管理模块、电磁屏蔽隔离模块以及负载和电池；所述多路整流稳压电路与所述供电管理模块连接，所述供电管理模块与所述负载和电池连接，所述电磁屏蔽隔离模块设置于多路磁共振耦合接收天线和多路整流稳压电路之间；所述无线通信模块从机与所述无线通信模块主机双向通信连接；所述多路磁共振耦合接收天线和多路整流稳压电路均为多层堆叠结构。

进一步地，所述无线通信模块主机和无线通信模块从机的结构相同，均包括通信芯片U3，所述芯片U3的PWM3引脚、PWM4引脚以及PWM2引脚分别与所述电源转换电路连接；所述芯片U3的PWM5引脚和所述频率源连接，所述芯片U3的VDD3引脚分别与所述芯片U3的AVDD3引脚、电容C47的一端、电容C46的一端、电容C45的一端、电容C44的一端以及电源转换电路连接，所述电容C47的另一端、电容C46另的一端、电容C45的另一端以及电容C44的另一端连接并接地，所述芯片U3的DVSS引脚与所述芯片U3的ePAD引脚连接并接地，所述芯片U3的DVDDDEC引脚与电容C52的一端连接，所述芯片U3的VDDDEC_F引脚与电容C53的一端连接，所述电容C53的另一端与电容C52的另一端连接并接地，所述芯片U3的ANT引脚与电容C43的一端连接，所述电容C43的另一端分别与接地电容C49以及电感L11的一端连接，所述电感L11的另一端分别与接地电容C50以及电感L12的一端连接，电感L12的另一端分别与接地电容C51的一端以及电容C48的一端连接，电容C48的另一端连接天线A1的一端，所述天线A1的另一端接地，所述芯片U3的XC2引脚分别与电容C54的一端以及晶体Y1的第2引脚连接，所述芯片U3的XC1引脚分别与晶体Y1的第3引脚以及电容C55的一端连接，所述电容C55的另一端分别与晶体Y1的第2引脚以及电容C54的另一端连接并接地，所述电容C54的另一端与所述晶体Y1的第4引脚连接。

再进一步地，所述频率源包括有源晶体X1，所述有源晶体X1的EN/NC脚与PWM5引脚连接；所述有源晶体X1的VCC引脚分别与接地电容C12、接地电阻R11的一端以及电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端与电源转换电路连接，所述有源晶体X1的接地端接地，所述有源晶体X1的OUT引脚与电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端分别与电容C13的一端以及接地电容C34连接，所述电容C13的另一端分别与所述射频功率放大电路连接。

再进一步地，所述射频功率放大电路为E类差分功放，所述射频功率放大电路包括驱动电路U4、逻辑门电路U5、逻辑门电路U6、功放管Q1以及功放管Q2；

所述逻辑门电路U5的正相端分别与所述电容C13的另一端以及逻辑门电路U5的反相端连接，所述逻辑门电路U5的接地端接地，所述逻辑门电路U5的电源端分别与接地电容C33以及电源转换电路连接，所述逻辑门电路U5的输出端与所述驱动电路U4连接；

所述逻辑门电路U6的正相端与所述电容C13的另一端连接，所述逻辑门电路U6的反相端分别与接地电容C16以及电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与电源转换电路连接，所述逻辑门电路U6的接地端接地，所述逻辑门电路U6的电源端分别与接地电容C17以及电源转换电路电源连接，所述逻辑门电路U6的输出端与所述驱动电路U4连接；

所述驱动电路U4的ENA引脚与电源转换电路连接，所述驱动电路U4的INA引脚与所述逻辑门电路U5的输出端连接，所述驱动电路U4的接地端接地，所述驱动电路U4的INB引脚与所述逻辑门电路U6的输出端连接，所述驱动电路U4的ENB引脚与电源转换电路连接，所述驱动电路U4的OUTA引脚与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端连接电感L1的一端，所述电感L1的另一端与所述功放管Q1的门极连接，所述驱动电路U4的VDD引脚分别与电源转换电路连接、电容C15的一端以及电容C14的一端连接，所述电容C14的另一端与电容C15的另一端连接并接地，所述驱动电路U4的OUTB引脚与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与功放管Q2的门极连接；

所述功放管Q1的源极接地，所述功放管Q1的漏极分别与电感L3的一端、接地电容C20以及电感L5的一端连接，所述电感L5的另一端与电容C22的一端连接，所述电容C22的另一端与电感L6的一端连接，所述电感L6的另一端分别与接地电容C24、接地电容C10以及射频输出J3的第1引脚连接，所述电感L3的另一端分别与接地电容C3、接地电容C2、接地电容C1、接地电容C28、电感L9的一端以及电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与电感L9的另一端与所述电源转换电路连接；

所述功放管Q2的源极接地，所述功放管Q2的漏极分别与电感L7的一端、接地电容C21以及电感L4的一端连接，所述电感L7的另一端与电容C26的一端连接，所述电容C26的另一端与电感L8的一端连接，所述电感L8的另一端分别与接地电容C27、接地电容C11以及射频输出J3的第3引脚连接，所述电感L4的另一端分别与接地电容C32、接地电容C31、接地电容C30、接地电容C29、电感L10的一端以及电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端分别与电感L10的另一端与所述电源转换电路连接。

再进一步地，所述电源转换电路包括电源转换芯片U1、电源转换芯片U2、电源转换芯片U7、三极管Q3、三极管Q4以及三极管Q5；

所述芯片U1的VIN引脚分别与接地电容C5、接地电容C4以及输入电压DCIN连接，所述芯片U1的接地端接地，所述芯片U1的VOUT引脚分别与所述驱动电路U4的ENB引脚、所述驱动电路U4的ENA引脚、所述驱动电路U4的VDD引脚、电源转换芯片U2以及接地电容C6连接；

所述芯片U2的VIN引脚分别与接地电容C7以及所述芯片U1的VOUT引脚连接，所述芯片U2的VOUT引脚分别与接地电容C8、接地电容C9、所述芯片U3的AVDD3引脚、电阻R10的另一端、电阻R2的另一端、所述逻辑门电路U6的电源端以及逻辑门电路U5的电源端连接；

所述芯片U7的VIN引脚分别与电阻R6的一端、接地电容C57以及外部供电端口DCIN连接，所述芯片U7的EN引脚分别与电阻R6的另一端、电阻R7的一端以及使能引脚EN连接，所述芯片U7的VCC引脚与电容C61的一端连接，所述电容C61的另一端分别与电阻R7的另一端、所述芯片U7的GND引脚连接并接地，所述芯片U7的BST引脚与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电容C56的一端连接，所述电容C56的另一端分别与电感L13的一端以及所述芯片U7的SW引脚连接，所述电感L13的另一端分别与电容C58的一端、电容C59的一端、电容C60的一端、电阻R13的一端连接以及电感L9的另一端连接，所述电容C58的另一端、电容C59的另一端以及电容C60的另一端连接并接地，所述电阻R13的另一端分别与所述芯片U3的FB引脚、电阻R16的一端、电阻R17的一端、电阻R15的一端以及电阻R14的一端连接，所述电阻R16的另一端与所述三极管Q5的漏极连接，所述电阻R15的另一端与所述三极管Q4的漏极连接，所述电阻R14的另一端与所述三极管Q3的漏极连接，所述三极管Q5的源极分别与电阻R17的另一端、所述三极管Q4的源极以及三极管Q3的源极连接并接地，所述三极管Q5的栅极、所述三极管Q4的栅极以及三极管Q3的栅极均与所述无线通信模块主机通信芯片U3的I/O接口连接，所述三极管Q5的栅极与所述芯片U3的PWM3引脚、所述三极管Q4的栅极与所述芯片U3的PWM2脚连接以及三极管Q3的栅极与所述芯片U3的PWM4脚连接。

再进一步地，所述多路整流稳压电路包括若干个结构均相同的整流稳压电路，各所述整流稳压电路均包括整流桥D、射频线圈ANT、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容，且各所述整流稳压电路的整流桥D的输出端相连并连接供电管理模块的输入端；所述第一电容与所述第二电容为射频输入的并联匹配；所述第三电容和所述第四电容为射频输入的串联匹配。

再进一步地，所述第一电容的两端和第二电容的两端均与射频线圈ANT连接，所述第一电容的一端分别与所述第二电容的一端、第三电容的一端以及第四电容的一端连接，所述第三电容的另一端分别与所述第四电容的另一端以及整流桥D的第一输入端连接，所述第一电容的另一端分别与第二电容的另一端以及整流桥D的第二输入端连接，所述整流桥D的接地端接地，所述整流桥D的输出端连接供电管理模块的输入端。

本发明的有益效果：

(1)本发明中磁共振发射模块采用E类差分功放，可以显著减少功放产生的电磁干扰，降低接收电路的输出纹波。差分功放结构有利于降低功放自身阻抗，在提升了系统效率的同时也降低了对输入电压的要求。同时也有利于电路的小型化。磁共振接收模块采用多路线圈输入，多路整流稳压电路，在同样的电路面积下，均衡了每路的负载功率，减少了接收电路的热耗，提升了整流稳压的效率。本发明通过以上设计，为小微功率的应用场景提供了一个低供电电压，低纹波输出，高效率，低热耗，小尺寸的磁共振耦合无线电能供给方案；

(2)本发明中无线通信模块主机和无线通信模块从机通过无线连接进行数据交互，无线通信模块从机将检测到的接收端整流电压、充电电压、充电电流等信息发送给无线通信模块主机，形成闭环控制，无线通信模块主机将根据负载端的不同功率调节电源转换电路的输出电压，实现最佳效率的匹配；

(3)本发明中磁共振接收天线与所述多路整流稳压电路之间采用多层堆叠结构，其间夹有电磁屏蔽隔离装置，该装置可以将射频干扰信号和接收电路隔离。减少射频信号对接收电路的干扰；

(4)本发明采用的多路接收线圈和多路整流电路，可以实现接收负载功率的均衡分担，在保证接收功率不变的情况下，降低了整流电路的工作电压，可以降低接收电路的阻抗，减少电路的热耗，提升整流稳压的效率；

(5)本发明采用的多路接收电路，相较于一般的整流稳压电路，电路所占面积显著减少，有利于小微功率的微型化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构分解图。

图3为本发明中无线通信模块主机与无线通信模块从机收发数据示意图。

图4为本发明中磁共振发射模块E类差分功放系统框图。

图5为本发明中无线通信主从机原理图。

图6为本发明中频率源电路图。

图7为本发明中射频功率放大电路图。

图8为本发明中电源转换电路图。

图9为本发明中多路整流稳压电路图。

图10为本发明中收发天线的传输效率图。

图11为未采用差分功放的电源谐波测量值。

图12为采用差分功放电源谐波测量值。

其中：1-磁共振发射模块，2-磁共振接收模块，3-无线通信模块主机，4-频率源，5-射频功率放大电路，6-磁共振发射天线，7-电源转换电路，8-磁共振接收天线，9-多路整流稳压电路，10-无线通信模块从机，11-供电管理模块，12-电磁屏蔽隔离装置，13-负载和电池。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

如图1-图2所示，本发明提供了一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置，包括磁共振发射模块1以及与磁共振发射模块1连接的磁共振接收模块2；磁共振发射模块1包括无线通信模块主机3、频率源4、射频功率放大电路5、磁共振耦合发射天线6以及电源转换电路7；频率源4与射频功率放大电路5连接，射频功率放大电路5与磁共振耦合发射天线6连接；无线通信模块主机3分别与频率源4、电源转换电路7以及磁共振接收模块2连接；电源转换电路7为磁共振发射模块1提供电源，电源转换电路7分别为频率源4、射频功率放大电路5以及无线通信模块主机3提供电电压；磁共振接收模块2包括多路磁共振耦合接收天线8、多路整流稳压电路9、无线通信模块从机10、供电管理模块11、电磁屏蔽隔离模块12以及负载和电池13；多路整流稳压电路9与供电管理模块11连接，供电管理模块11与负载和电池13连接，电磁屏蔽隔离模块12设置于多路磁共振耦合接收天线8和多路整流稳压电路9之间；无线通信模块从机10与无线通信模块主机3双向通信连接；多路磁共振耦合接收天线8和多路整流稳压电路9均为多层堆叠结构。

本实施例中，如图3-图4所示，磁共振发射模块中的电源转换电路7为磁共振发射模块1的输入电源，电源转换电路7输出多档可调的供电电压给频率源4和射频功率放大电路5。频率源4输出端接射频功率放大电路5。无线通信模块主机3和无线通信模块从机10双向通信。射频功率放大电路5和磁共振发射天线6连接；磁共振接收模块中的多路磁共振接收天线8和多路整流稳压电路9连接；多路整流稳压电路9和充电管理模块11以及无线通信模块从机10连接。充电管理模块11连接负载和电池13；充电管理模块11输出可调的直流电，为电池提供满充和涓充，充电电流可设置，并且具备限流、过压保护功能。多路磁共振接收天线8与多路整流稳压电路9之间采用多层堆叠结构，其间间隔有电磁屏蔽隔离装置12。磁共振发射模块采用E类差分功放，可以显著减少功放产生的电磁干扰，降低接收电路的输出纹波。差分功放结构有利于降低功放自身阻抗，在提升了系统效率的同时也降低了对输入电压的要求。同时也有利于电路的小型化。磁共振接收模块采用多路线圈输入，多路整流稳压电路，在同样的电路面积下，均衡了每路的负载功率，减少了接收电路的热耗，提升了整流稳压的效率。本发明通过以上设计，为小微功率的应用场景提供了一个低供电电压，低纹波输出，高效率，低热耗，小尺寸的磁共振耦合无线电能供给方案。

本实施例中，磁共振接收天线8与多路整流稳压电路9之间采用多层堆叠结构，其间夹有电磁屏蔽隔离装置12，该装置可以将射频干扰信号和接收电路隔离。减少射频信号对接收电路的干扰。

如图5所示，无线通信模块主机3和无线通信模块从机10的结构相同，均包括通信芯片U3，芯片U3的PWM3引脚、PWM4引脚以及PWM2引脚分别与电源转换电路7连接；芯片U3的PWM5引脚和频率源4连接，芯片U3的VDD3引脚分别与芯片U3的AVDD3引脚、电容C47的一端、电容C46的一端、电容C45的一端、电容C44的一端以及电源转换电路7连接，电容C47的另一端、电容C46另的一端、电容C45的另一端以及电容C44的另一端连接并接地，芯片U3的DVSS引脚与芯片U3的ePAD引脚连接并接地，芯片U3的DVDDDEC引脚与电容C52的一端连接，芯片U3的VDDDEC_F引脚与电容C53的一端连接，电容C53的另一端与电容C52的另一端连接并接地，芯片U3的ANT引脚与电容C43的一端连接，电容C43的另一端分别与接地电容C49以及电感L11的一端连接，电感L11的另一端分别与接地电容C50以及电感L12的一端连接，电感L12的另一端分别与接地电容C51的一端以及电容C48的一端连接，电容C48的另一端连接天线A1的一端，天线A1的另一端接地，芯片U3的XC2引脚分别与电容C54的一端以及晶体Y1的第2引脚连接，芯片U3的XC1引脚分别与晶体Y1的第3引脚以及电容C55的一端连接，电容C55的另一端分别与晶体Y1的第2引脚以及电容C54的另一端连接并接地，电容C54的另一端与晶体Y1的第4引脚连接。

如图6所示，频率源4包括有源晶体X1，有源晶体X1的EN/NC脚与PWM5引脚连接；有源晶体X1的VCC引脚分别与接地电容C12、接地电阻R11的一端以及电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与电源转换电路7连接，有源晶体X1的接地端接地，有源晶体X1的OUT引脚与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端分别与电容C13的一端以及接地电容C34连接，电容C13的另一端分别与射频功率放大电路5连接。

如图7所示，射频功率放大电路5为E类差分功放，射频功率放大电路5包括驱动电路U4、逻辑门电路U5、逻辑门电路U6、功放管Q1以及功放管Q2；

逻辑门电路U5的正相端分别与电容C13的另一端以及逻辑门电路U5的反相端连接，逻辑门电路U5的接地端接地，逻辑门电路U5的电源端分别与接地电容C33以及电源转换电路7连接，逻辑门电路U5的输出端与驱动电路U4连接；

逻辑门电路U6的正相端与电容C13的另一端连接，逻辑门电路U6的反相端分别与接地电容C16以及电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电源转换电路7连接，逻辑门电路U6的接地端接地，逻辑门电路U6的电源端分别与接地电容C17以及电源转换电路7电源连接，逻辑门电路U6的输出端与驱动电路U4连接；

驱动电路U4的ENA引脚与电源转换电路7连接，驱动电路U4的INA引脚与逻辑门电路U5的输出端连接，驱动电路U4的接地端接地，驱动电路U4的INB引脚与逻辑门电路U6的输出端连接，驱动电路U4的ENB引脚与电源转换电路7连接，驱动电路U4的OUTA引脚与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端与功放管Q1的门极连接，驱动电路U4的VDD引脚分别与电源转换电路7连接、电容C15的一端以及电容C14的一端连接，电容C14的另一端与电容C15的另一端连接并接地，驱动电路U4的OUTB引脚与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与功放管Q2的门极连接；

功放管Q1的源极接地，功放管Q1的漏极分别与电感L3的一端、接地电容C20以及电感L5的一端连接，电感L5的另一端与电容C22的一端连接，电容C22的另一端与电感L6的一端连接，电感L6的另一端分别与接地电容C24、接地电容C10以及射频输出J3的第1引脚连接，电感L3的另一端分别与接地电容C3、接地电容C2、接地电容C1、接地电容C28、电感L9的一端以及电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电感L9的另一端与电源转换电路7连接；

功放管Q2的源极接地，功放管Q2的漏极分别与电感L7的一端、接地电容C21以及电感L4的一端连接，电感L7的另一端与电容C26的一端连接，电容C26的另一端与电感L8的一端连接，电感L8的另一端分别与接地电容C27、接地电容C11以及射频输出J3的第3引脚连接，电感L4的另一端分别与接地电容C32、接地电容C31、接地电容C30、接地电容C29、电感L10的一端以及电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与电感L10的另一端与电源转换电路7连接。

如图8所示，电源转换电路7包括电源转换芯片U1、电源转换芯片U2、电源转换芯片U7、三极管Q3、三极管Q4以及三极管Q5；

芯片U1的VIN引脚分别与接地电容C5、接地电容C4以及输入电压DCIN连接，芯片U1的接地端接地，芯片U1的VOUT引脚分别与驱动电路U4的ENB引脚、驱动电路U4的ENA引脚、驱动电路U4的VDD引脚、电源转换芯片U2以及接地电容C6连接；

芯片U2的VIN引脚分别与接地电容C7以及芯片U1的VOUT引脚连接，芯片U2的VOUT引脚分别与接地电容C8、接地电容C9、芯片U3的AVDD3引脚、电阻R10的另一端、电阻R2的另一端、逻辑门电路U6的电源端以及逻辑门电路U5的电源端连接；

芯片U7的VIN引脚分别与电阻R6的一端、接地电容C57以及外部供电端口DCIN连接，芯片U7的EN引脚分别与电阻R6的另一端、电阻R7的一端以及使能引脚EN连接，芯片U7的VCC引脚与电容C61的一端连接，电容C61的另一端分别与电阻R7的另一端、芯片U7的GND引脚连接并接地，芯片U7的BST引脚与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电容C56的一端连接，电容C56的另一端分别与电感L13的一端以及芯片U7的SW引脚连接，电感L13的另一端分别与电容C58的一端、电容C59的一端、电容C60的一端、电阻R13的一端连接以及电感L9的另一端连接，电容C58的另一端、电容C59的另一端以及电容C60的另一端连接并接地，电阻R13的另一端分别与芯片U3的FB引脚、电阻R16的一端、电阻R17的一端、电阻R15的一端以及电阻R14的一端连接，电阻R16的另一端与三极管Q5的漏极连接，电阻R15的另一端与三极管Q4的漏极连接，电阻R14的另一端与三极管Q3的漏极连接，三极管Q5的源极分别与电阻R17的另一端、三极管Q4的源极以及三极管Q3的源极连接并接地，三极管Q5的栅极、三极管Q4的栅极以及三极管Q3的栅极均与无线通信模块主机3通信芯片U3的I/O接口连接，三极管Q5的栅极与芯片U3的PWM3引脚、三极管Q4的栅极与芯片U3的PWM2脚连接以及三极管Q3的栅极与芯片U3的PWM4脚连接。

本实施例中，所述无线通信模块主机3通过控制三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5栅极的不同高低电平，实现对电源转换电路7的输出电压VDS的切换，从而对所述射频功率放大电路5提供不同的供电电压。

如图9所示，多路整流稳压电路9包括若干个结构均相同的整流稳压电路，各整流稳压电路均包括整流桥D、射频线圈ANT、第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容，且各整流稳压电路的整流桥D的输出端相连并连接供电管理模块11的输入端；第一电容与第二电容为射频输入的并联匹配；第三电容和第四电容为射频输入的串联匹配。第一电容的两端和第二电容的两端均与射频线圈ANT连接，第一电容的一端分别与第二电容的一端、第三电容的一端以及第四电容的一端连接，第三电容的另一端分别与第四电容的另一端以及整流桥D的第一输入端连接，第一电容的另一端分别与第二电容的另一端以及整流桥D的第二输入端连接，整流桥D的接地端接地，整流桥D的输出端连接供电管理模块11的输入端。

如图9所示，多路整流稳压电路包括整流桥D1、D2、DN，接收线圈ANT1、ANT2、ANTN。其中，DN是第N路的整流稳压，ANTN是第N路接收线圈。其中，C19、C23是第一路射频输入的并联匹配，C19、C23的两端和射频线圈ANT1连接；C18、C26是第一路射频输入的串联匹配。C19的一端和C23的一端与C18的一端、C26的一端连接；C19的另一端、C23的另一端和整流桥D1一端连接；C18的另一端以及C26的另一端和整流桥D1的另一端连接，通过整流桥D1整流后输出直流信号到VIN以及系统接地点；C36、C37是第二路射频输入的并联匹配。C36、C37的两端和射频线圈ANT2连接；C35、C38是第二路射频输入的串联匹配。C36的一端和C37的一端与C35的一端、C38的一端连接；C36的另一端、C37的另一端和整流桥D2一端连接；C35的另一端以及C38的另一端和整流桥D2的另一端连接，通过整流桥D2整流后输出直流信号到VIN以及系统接地点；C40、C41是第N路射频输入的并联匹配。C40、C41的两端和射频线圈ANTN连接；C39、C42是第N路射频输入的串联匹配。C40的一端和C41的一端与C39的一端、C42的一端连接；C40的另一端、C41的另一端和整流桥DN一端连接；C39的另一端以及C42的另一端和整流桥DN的另一端连接，通过整流桥DN整流后输出直流信号到VIN以及系统接地点。多路整流稳压电路9输出的直流信号接入到充电管理模块11，充电管理模块11的输出端接到负载和电池13上，为其提供功率。

本实施例中，射频功率放大电路5采用E类差分功放设计，可以有效的抑制电路产生的谐波，将功放电路对系统的纹波影响将到最低的同时，也减少了对系统其他电路，如低压直流电源、传感器、模拟放大电路灯的干扰；射频功率放大电路5，在相同的供电功率下，差分功放可以输出比其他功放更高的功率，这可以显著减少功放电路的PCB面积和尺寸，这非常适用于对电源纹波要求高并且电源供电受限且需要小型化的应用场景。

本实施例中，通过频率源4产生特定频率的信号，并通过射频功率放大电路5将该无线信号放大，经匹配、滤波后通过磁共振发射天线6与多路磁共振接收天线8产生磁共振耦合。该适用于3MHz-100MHz工作范围。

本实施例中，多路整流稳压电路9、充电管理模块11，其中，多路整流稳压电路将磁共振发射模块1中发出的射频能量耦合，并通过多路整流稳压电路9整流稳压后得到直流电压。充电管理模块11负责将整流后的直流电压输出到负载及电池13。

本实施例中，无线通信模块主机3和无线通信模块从机10通过无线连接进行数据交互，无线通信模块从机10将检测到的接收端整流电压、充电电压、充电电流等信息发送给无线通信模块主机3，形成闭环控制，无线通信模块主机3将根据负载端的不同功率调节电源转换电路7的输出电压，实现最佳效率的匹配。

本实施例中，磁共振发射模块1中的频率源4提供频率可调的输入信号给射频功率放大电路5，射频功率放大电路5将频率源4提供的输入信号整形、调理后输入到射频功率放大电路5的驱动电路，然后驱动射频功率放大电路5的两个功放芯片Q1和Q2，实现差分信号的滤波、放大，最后将放大后的射频信号输出到磁共振耦合发射天线6。磁共振接收模块2中的磁共振耦合接收天线8通过同频率磁共振耦合接收磁共振发射模组1中磁共振耦合发射天线6的输出信号，并将此信号通过多路整流稳压电路9整流稳压后输出到供电管理模块11，通过供电管理模块11输出电压给负载和电池13，从而实现对负载设备的无线电能供给；磁共振发射模块1中的无线通信模块主机3和磁共振接收模组2中的无线通信模块从机10，通过无线通信实现数据交互；无线通信模块主机3将根据接收到的磁共振接收模组2中采集到的相关电流、电压来判断负载端的状况，并通过调整电源转换电路7的输出电压VDS，实现对磁共振接收模组2的输出功率匹配，保证磁共振发射模块1和磁共振接收模块2的无线电能的高效传输。本发明中磁共振发射模块采用E类差分功放，可以显著减少功放产生的电磁干扰，降低接收电路的输出纹波。差分功放结构有利于降低功放自身阻抗，在提升了系统效率的同时也降低了对输入电压的要求。同时也有利于电路的小型化。磁共振接收模块采用多路线圈输入，多路整流稳压电路，在同样的电路面积下，均衡了每路的负载功率，减少了接收电路的热耗，提升了整流稳压的效率。

本实施例中，磁共振发射模块中的电源转换电路7为磁共振发射模块1的输入电源，电源转换电路7输出VCC_5V、VCC_12以及VDS给射频功率放大电路5，电源转换电路7还给无线通信模块主机3、频率源4提供VCC_5V电源；

本实施例中，如图10所示，磁共振发射天线6和磁共振接收天线6的传输效率仿真效率图，由图可见，最佳传输效率达到92.87％。

本实施例中，如图11所示，未采用差分功放的电源谐波测量值。由图可见，为采用差分功放电路的谐波值均随着频率的增加逐渐降低，显而易见的，这样的谐波会对系统带来严重的干扰，导致传输效率变差，且系统发热得不到控制。

无线充电的效率低下；

本实施例中，如图12所示为采用差分功放电源谐波测量值。同图11对比，除主频6.78Mhz以外的奇次和偶次谐波通过差分功放均得到了明显的抑制。