CN105098704A - 一种欠压保护电路、欠压保护方法及无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种欠压保护电路、欠压保护方法及无线电能传输装置，当检测到整流滤波后的直流电压低于预设的最低电压值时，则切断整流滤波电路对后级电路的供电，直至直流电压恢复至不低于预定的最低电压值。其中，利用开关电路设置在直流电压转换电路和电子设备之间，或者利用开关电路设置在整流滤波电路和直流电压转换电路之间，在电能传输装置正常工作时，所述开关电路导通，当欠压情况发生时，所述开关电路断开以升高直流电压信号的值。本发明的技术方案很好的解决了无线电能传输装置中的电压欠压的问题，可有效降低异常情况时的损耗，保护电路中元器件的安全，提高电路工作效率。

Description

一种欠压保护电路、欠压保护方法及无线电能传输装置

技术领域

本发明涉及无线充电领域，更具体的说，涉及一种欠压保护电路、欠压保护方法及无线电能传输装置。

背景技术

无线电能传输技术由于安全方便等优点广泛应用于电子充电领域中，无线电能传输装置一般包括有隔离的发射部分和接收部分，两者通过电磁共振原理实现能量传输。

一般来说，发射部分包括有逆变器、阻抗匹配电路和发射线圈，接收部分包括有接收线圈、阻抗匹配电路、整流电路和直流电压转换电路(DC-DC变换器)，如图1所示的非接触电能传输装置，图1中发射部分仅示出发射线圈，下文中均相同，发射线圈L_S接收交变电流产生交变磁场，接收线圈L_d感应交变磁场感生出交变电压，之后，交变电压经过全桥整流电路整流和滤波电容滤波后以获得直流电压V_rect，直流电压V_rect经DC-DC变换器转换后输出合适的输出电压Vout供给电子设备。

在此过程中，当整流滤波后的直流电压因外界原因突然减小时，如当发射线圈和接收线圈的耦合减弱或者发射线圈中的磁场能量减小时，直流电压会减小至预设的最低电压值，一方面会造成电子设备不能正常工作，另一方面会使得整流电路中的电流升高，造成对整流电路的损害，因此，当发现无线电能传输装置的直流电压欠压时，需要对直流电压进行调整控制，以保护电路中元器件的安全。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种欠压保护电路、欠压保护方法及无线电能传输装置，当检测到整流滤波后的直流电压低于预设的最低电压值时，则切断整流滤波电路对后级电路的供电，使得整流滤波输出的直流电压信号升高，直至直流电压信号恢复至不低于预设的最低电压值。

依据本发明的一种欠压保护电路，应用于无线电能传输装置中，所述无线电能传输装置包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，所述整流滤波电路接收所述接收线圈耦合的能量，以获得第一直流电压信号；

所述直流电压转换电路接收所述第一直流电压信号，以转换为合适的输出电压供给所述电子设备；

所述欠压保护电路检测所述第一直流电压信号是否小于预设的最低电压值时，当所述第一直流电压信号小于预设的最低电压值时，则所述欠压保护电路切断所述整流滤波电路对后级电路的供电。

进一步的，所述欠压保护电路包括开关电路和开关控制电路，

所述开关电路连接在所述直流电压转换电路和所述电子设备之间；

所述开关控制电路接收所述第一直流电压信号和预设的最低电压值，以产生开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

进一步的，所述欠压保护电路包括开关电路和开关控制电路，

所述开关电路连接在所述整流滤波电路和所述直流电压转换电路之间；

所述开关控制电路接收所述第一直流电压信号和预设的最低电压值，以产生开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

优选的，所述开关电路包括第一开关管，所述第一开关管的控制端接收所述开关控制信号。

优选的，所述开关控制电路包括采样电路和滞环比较器，

所述采样电路采样所述第一直流电压信号，以获得采样电压信号；

所述滞环比较器接收所述采样电压信号和表征所述预设的最低电压值的参考电压信号，输出所述开关控制信号；

当所述采样电压信号小于所述滞环比较器的下限电压值时，所述开关控制信号为有效状态以控制所述开关电路关断；当所述采样电压信号大于所述滞环比较器的下限电压值时，所述开关控制信号为无效状态以控制所述开关电路导通。

依据本发明的一种欠压保护方法，应用于无线电能传输装置中，所述无线电能传输装置包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，

接收所述接收线圈耦合的能量，以获得第一直流电压信号；

接收所述第一直流电压信号，以转换为合适的输出电压供给所述电子设备；

检测所述第一直流电压信号是否小于预设的最低电压值时，当所述第一直流电压信号小于预设的最低电压值时，切断所述整流滤波电路对后级电路的供电。

依据本发明的一种无线电能传输装置，包括隔离的电能发射端和电能接收端，所述电能发射端包括有发射能量的发射线圈，所述电能接收端包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，所述电能接收端还包括上述的欠压保护电路。

依据一种欠压保护电路、欠压保护方法及无线电能传输装置，当检测到整流滤波后的直流电压低于预设的最低电压值时，则切断整流滤波电路对后级电路的供电，直至直流电压恢复至不低于预定的最低电压值。其中，利用开关电路设置在直流电压转换电路和电子设备之间，或者利用开关电路设置在整流滤波电路和直流电压转换电路之间，在电能传输装置正常工作时，所述开关电路导通，当欠压情况发生时，所述开关电路断开以升高直流电压信号的值。本发明的技术方案很好的解决了无线电能传输装置中的电压欠压的问题，可有效降低异常情况时的损耗，保护电路中元器件的安全，提高电路工作效率，效果好。

附图说明

图1所示的非接触电能传输装置的基本电路框图；

图2所示为依据本发明的欠压保护电路的电路框图；

图3所示为依据本发明的欠压保护电路的第一实施例的具体电路实现图；

图4所示为依据本发明的欠压保护电路的第二实施例的具体电路实现框图；

图5所示为依据本发明电路的工作波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

参考图2所示为依据本发明的欠压保护电路的电路框图，所述欠压保护电路应用于无线电能传输装置中，如图2所示,所述无线电能传输装置包括有隔离的电能发射端和电能接收端，本发明中电能发射端可为现有技术中的方案，在此未示出，所述电能接收端包括有接收能量的接收线圈Ls、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络201、整流滤波电路(包括整流电路202和滤波电容C)和直流电压转换电路203，所述整流滤波电路接收所述接收线圈输出的高频交流电，以获得第一直流电压信号V_rect，直流电压转换电路203接收所述第一直流电压信号V_rect，经电压转换后输出合适的输出电压V_out供给电子设备204。

本实施例中，所述欠压保护电路包括开关电路和开关控制电路205，这里，所述开关电路为第一开关管Q1，所述第一开关管Q1连接在所述直流电压转换电路201和所述电子设备204之间；所述开关控制电路205接收所述第一直流电压信号V_rect和预设的最低电压值，以产生开关控制信号Vcon控制所述第一开关管Q1的开关状态。

这里需要说明的是，图2中第一开关管Q1可以连接在所述直流电压转换电路201和所述电子设备204的上端，但本领域技术人员可知，第一开关管Q1可以连接在所述直流电压转换电路201和所述电子设备204的下端，第一开关管Q1可以为现有技术中合适的开关，如单刀双掷开关等开关器件。

从图2中的电路可以看出，在上述无线电能传输装置正常工作过程中，第一开关管保持导通，当检测到整流滤波输出的第一直流电压低于预设的最低电压值时，则切断整流滤波电路对后级电路的供电，直至直流电压恢复至不低于预定的最低电压值。本发明的欠压保护电路可使得在欠压发生时，一方面整流电路中的电流不致过大以造成对器件的损害，另一方面欠压可能带来输出电压的降低以损害电子设备。

图3所示为依据本发明的欠压保护电路的第一实施例的具体电路实现图；图3中示出了开关控制电路205的一种具体实现方式，本实施方式中的开关控制电路205具体包括采样电路和滞环比较器，采样电路由分压电阻R1和电阻R2构成，滞环比较器由电阻R3、电阻R4和比较器CMP构成，分压电阻R1和电阻R2采样所述直流电压信号V_rect，以获得采样电压信号V_rect1；所述滞环比较器的正向输入端接收所述采样电压信号V_rect1，反向输入端接收表征所述预设的最低电压值的参考电压信号V_ref1，输出所述开关控制信号Vcon，所述开关控制信号控制第一开关管Q1导通或关断。

下面参考图5所示的波形图阐述本发明欠压保护的工作过程：在t1时刻，外界条件发生变化，导致第一直流电压信号V_rect发生异常，不断下降，在t2时刻，当检测到所述采样电压信号V_rect1小于所述滞环比较器的下限电压值V_{th_low}时，表征第一直流电压信号V_rect低于预设的最低电压值，这时，所述比较器CMP输出的开关控制信号为无效状态(例如以高电平示为有效状态，低电平示为无效状态)，第一开关管Q1关断，电子设备不能从直流电压转换电路203中获得能量，从而第一直流电压信号V_rect电压将上升，直至第一电流电压信号V_rect上升至所述滞环比较器的上限电压值V_{th_high}，在t3时刻，所述开关控制信号变为有效状态，第一开关管Q1导通，直流电压转换电路203给电子设备204供电。此时，如果欠压情况仍未解除，则第一直流电压信号V_rect再次下降，第一开关管Q1被关断，如此反复，直至到t4时刻，电路欠压异常情况解除，第一直流电压信号V_rect上升至不低于预设的最低电压值，采样电压信号V_rect1不会小于所述滞环比较器的下限电压值V_{th_low}，第一开关管Q1保持导通，电路进入正常稳定工作状态。

在上述工作过程中，当无线电能传输装置中整流滤波电路的输出电压发生欠压异常时，如果后级直流电压转换电路正常工作，则会使得后级电路的等效阻抗降低，从而使得电路中的电流增大，造成对整流电路元器件的损坏，因此，本发明为防止欠压造成电路的损害，通过检测整流滤波电路的输出电压信号来对电压进行欠压保护控制。本发明的具有欠压保护功能的无线电能传输装置，在无线电能传输装置正常工作时，第一开关管保持导通；在检测到欠压情况发生时，切断整流滤波电路对后级电路的供电，可使得第一直流电压信号的值上升，从而使得电路的电流不会增大，保护电路中的元器件。本发明的欠压保护电路很好的解决了无线电能传输装置中的电压欠压的问题，可有效降低异常情况时的电路损耗，保护电路中元器件的安全，提高了电路工作效率。

需要指出的是，上述实施例中的开关控制电路是通过比较器构成的模拟电路实现，本领域技术人员可知，在本发明思想的指导下，开关控制电路还可以通过数字控制的方法实现，例如接收采样电压信号进行数字转换，之后，将转换后的数字电压信号分别与第一参考电压信号和第二参考电压信号进行比较以获得所述开关控制信号。在本发明的思想范围内的替换和修改都在本发明的保护范围之内。

参考图4所示为依据本发明的欠压保护电路的第一实施例的具体电路实现图；本实施例中的阻抗匹配电路201、整流滤波电路、直流电压转换电路203和开关控制电路205均与上一实施例中相同，在此不再赘述，所不同的是，本实施例中的开关电路连接在所述整流滤波电路和直流电压转换电路之间，如图4所示，所述开关电路包括第一开关管Q1，所述第一开关管Q1的两个极性端分别连接所述整流滤波电路和直流电压转换电路。

在本实施例中，当开关控制电路205检测到第一直流电压信号V_rect低于预设的最低电压值，则输出开关控制信号控制第一开关管Q1断开，这样，整流滤波电路不会给后级电路提供能量，而由于接收线圈继续向后传递能量，因为，第一直流电压信号V_rect会上升，与上一实施例的工作过程相同，通过开关控制电路205控制第一开关管Q1的导通和关断，可使得第一直流电压信号维持在预设的最低电压值之上。

同样的，本发明实施例的欠压保护电路很好的解决了无线电能传输装置中的电压欠压的问题，可有效降低异常情况时的电路损耗，保护电路中元器件的安全，提高了电路工作效率。

进一步的，本发明还公开了一种欠压保护方法，应用于无线电能传输装置中，所述无线电能传输装置包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，接收所述接收线圈耦合的能量，以获得第一直流电压信号；

接收所述第一直流电压信号，以转换为合适的输出电压供给所述电子设备；

检测所述第一直流电压信号是否小于预设的最低电压值时，当所述第一直流电压信号小于预设的最低电压值时，切断所述整流滤波电路对后级电路的供电。

进一步的，在所述直流电压转换电路和电子设备之间设置一开关电路；

接收所述整流滤波电路的输出信号和预设的最低电压值，通过滞环比较以产生开关控制信号，所述开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

进一步的，在所述整流滤波电路和所述直流电压转换电路之间设置一开关电路；

接收所述整流滤波电路的输出信号和预设的最低电压值，通过滞环比较以产生开关控制信号，所述开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

优选的，采样所述整流滤波电路输出的第一直流电压信号，以获得采样电压信号；

接收所述采样电压信号和表征所述预设的最低电压值的参考电压信号，经滞环比较输出所述开关控制信号；

当所述采样电压信号小于滞环比较的下限电压值时，所述开关控制信号为有效状态以控制所述开关电路关断；当所述采样电压信号大于滞环比较的下限电压值时，所述开关控制信号为无效状态以控制所述开关电路导通。

最后，本发明还公开了一种无线电能传输装置，包括隔离的电能发射端和电能接收端，所述电能发射端包括有发射能量的发射线圈，所述电能接收端包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，还包括上述的欠压保护电路。同样的，本发明实施例的无线电能传输装置很好的解决了工作过程中整流滤波电路的输出电压欠压的问题，可有效降低异常情况时的电路损耗，保护电路中元器件的安全，提高了电路工作效率。

以上对依据本发明的优选实施例的欠压保护电路、欠压保护方法及无线电能传输装置，进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种欠压保护电路，应用于无线电能传输装置中，所述无线电能传输装置包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，其特征在于，

所述整流滤波电路接收所述接收线圈耦合的能量，以获得第一直流电压信号；

所述电压转换电路接收所述第一直流电压信号，以转换为合适的输出电压供给所述电子设备；

所述欠压保护电路检测所述第一直流电压信号是否小于预设的最低电压值时，当所述第一直流电压信号小于预设的最低电压值时，则所述欠压保护电路切断所述整流滤波电路对后级电路的供电。

2.根据权利要求1所示的欠压保护电路，其特征在于，所述欠压保护电路包括开关电路和开关控制电路，

所述开关电路连接在所述直流电压转换电路和所述电子设备之间；

所述开关控制电路接收所述第一直流电压信号和预设的最低电压值，以产生开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

3.根据权利要求1所示的欠压保护电路，其特征在于，所述欠压保护电路包括开关电路和开关控制电路，

所述开关电路连接在所述整流滤波电路和所述直流电压转换电路之间；

所述开关控制电路接收所述第一直流电压信号和预设的最低电压值，以产生开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

4.根据权利要求2或3所述的欠压保护电路，其特征在于，所述开关电路包括第一开关管，所述第一开关管的控制端接收所述开关控制信号。

5.根据权利要求2或3所述的欠压保护电路，其特征在于，所述开关控制电路包括采样电路和滞环比较器，

所述采样电路采样所述第一直流电压信号，以获得采样电压信号；

所述滞环比较器接收所述采样电压信号和表征所述预设的最低电压值的参考电压信号，输出所述开关控制信号；

当所述采样电压信号小于所述滞环比较器的下限电压值时，所述开关控制信号为有效状态以控制所述开关电路关断；当所述采样电压信号大于所述滞环比较器的下限电压值时，所述开关控制信号为无效状态以控制所述开关电路导通。

6.一种欠压保护方法，应用于无线电能传输装置中，所述无线电能传输装置包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，其特征在于，

接收所述接收线圈耦合的能量，以获得第一直流电压信号；

接收所述第一直流电压信号，以转换为合适的输出电压供给所述电子设备；

检测所述第一直流电压信号是否小于预设的最低电压值时，当所述第一直流电压信号小于预设的最低电压值时，切断所述整流滤波电路对后级电路的供电。

7.根据权利要求6所述的欠压保护方法，其特征在于，

在所述直流电压转换电路和电子设备之间设置一开关电路；

接收所述整流滤波电路的输出信号和预设的最低电压值，通过滞环比较以产生开关控制信号，所述开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

8.根据权利要求6所述的欠压保护方法，其特征在于，

在所述整流滤波电路和所述直流电压转换电路之间设置一开关电路；

接收所述整流滤波电路的输出信号和预设的最低电压值，通过滞环比较以产生开关控制信号，所述开关控制信号控制所述开关电路的开关状态。

9.根据权利要求7或8所述的欠压保护方法，其特征在于，

采样所述整流滤波电路输出的第一直流电压信号，以获得采样电压信号；

接收所述采样电压信号和表征所述预设的最低电压值的参考电压信号，经滞环比较输出所述开关控制信号；

当所述采样电压信号小于滞环比较的下限电压值时，所述开关控制信号为有效状态以控制所述开关电路关断；当所述采样电压信号大于滞环比较的下限电压值时，所述开关控制信号为无效状态以控制所述开关电路导通。

10.一种无线电能传输装置，包括隔离的电能发射端和电能接收端，所述电能发射端包括有发射能量的发射线圈，所述电能接收端包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和直流电压转换电路，其特征在于，所述电能接收端还包括权利要求1-5任一所述的欠压保护电路。