CN106059112A - 一种限幅控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种限幅控制电路及方法，所述电路包括：谐振线圈、谐振电容和压控开关；所述谐振线圈和所述谐振电容串联；所述压控开关的两个开关端分别与所述谐振电容的两个端点连接。当需要提供稳定的电压时，控制所述压控开关导通，所述谐振电容被短路。原先电路的谐振状态被破坏，能够提供稳定的电压或电流，解决了从动谐振环工作不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线供电领域，更具体的说，涉及一种限幅控制电路及方法。
背景技术
从动谐振环具有接受能量和发射能量的双重特性，在无线供电的终端，从动谐振环常当作接收谐振环使用，为终端电器供电。
由于从动谐振环工作于谐振状态，谐振环内的电压和电流振幅很大，而且不稳定，如果直接给终端电器供电，会产生巨大的电流和电压波动，会给终端电器带来严重的影响，甚至会烧毁电器。因此，亟需一种控制从动谐振环电压或电流的振幅，保证从动谐振环工作稳定的电路。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种限幅控制电路及方法，以解决从动谐振环工作不稳定的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种限幅控制电路，所述电路包括：
谐振线圈、谐振电容和压控开关；
所述谐振线圈和所述谐振电容串联；所述压控开关的两个开关端分别与所述谐振电容的两个端点连接。
优选地，所述压控开关为IGBT管，所述IGBT管的集电极和发射极为两个开关端。
优选地，所述压控开关为MOSFET管，所述MOSFET管的漏极和源极为两个开关端。
优选地，所述压控开关为TRIAC管，所述TRIAC管的主电极T1和主电极T2为两个开关端。
优选地，所述压控开关为两个IGBT管反向串联，所述两个IGBT管反向串联之后的两个集电极为两个开关端。
优选地，所述压控开关为两个MOSFET管反向串联，所述两个MOSFET管反向串联之后的两个漏极为两个开关端。
优选地，所述压控开关为两个TRIAC管反向串联，所述两个TRIAC管反向串联之后的两个主电极T2为两个开关端。
一种限幅控制方法，应用于上述的限幅控制电路，所述方法包括：
当需要提供稳定的电压时，控制所述压控开关导通。
优选地，所述控制所述压控开关导通，具体包括：
采用输入高低电平的方式控制所述压控开关导通。
优选地，所述控制所述压控开关导通，具体包括：
采用脉冲宽度调制的方式控制所述压控开关导通。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种限幅控制电路及方法，所述电路包括：谐振线圈、谐振电容和压控开关；所述谐振线圈和所述谐振电容串联；所述压控开关的两个开关端分别与所述谐振电容的两个端点连接。当需要提供稳定的电压时，控制所述压控开关导通，所述谐振电容被短路。原先电路的谐振状态被破坏，能够提供稳定的电压或电流，解决了从动谐振环工作不稳定的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种限幅控制电路的结构示意图；
图2为本发明提供的另一种限幅控制电路的结构示意图；
图3为本发明提供的三端压控开关的结构示意图；
图4为本发明提供的四端压控开关的结构示意图；
图5为本发明提供的第一实施例中的限幅控制电路的结构示意图；
图6为本发明提供的第二实施例中的限幅控制电路的结构示意图；
图7为本发明提供的第三实施例中的限幅控制电路的结构示意图；
图8为本发明提供的第四实施例中的限幅控制电路的结构示意图；
图9为本发明提供的第五实施例中的限幅控制电路的结构示意图；
图10为本发明提供的第六实施例中的限幅控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种限幅控制电路，所述电路包括：
谐振线圈、谐振电容和压控开关；
所述谐振线圈和所述谐振电容串联；所述压控开关的两个开关端分别与所述谐振电容的两个端点连接。
参照图1和图2，图1和图2介绍了限幅控制电路的元件的连接关系。
图1中，L1表示谐振线圈，C1表示谐振电容，S1表示三端压控开关，箭头表示磁场。谐振线圈L1与谐振电容C1串联组成串联谐振环，三端压控开关S1的两个开关端与谐振电容C1的两个端点分别连接。
限幅控制电路有三个输出端：A、B、C，其中C为串联谐振环的公共端；电路共有两种输出组合：A-B或A-C，A-B输出是从串联谐振环的两端输出，即从非公共端输出；A-C输出是从谐振线圈L1的两端输出，其中包含一个公共端B。
图2中，L1表示谐振线圈，C1表示谐振电容，S1表示四端压控开关，箭头表示磁场。谐振线圈L1与谐振电容C1串联组成串联谐振环，四端压控开关S1的两个开关端与谐振电容C1的两个端点分别连接。
限幅控制电路有三个输出端：A、B、C，其中C为串联谐振环的公共端。电路共有两种输出组合：A-B或A-C，A-B输出是从串联谐振环的两端输出，即从非公共端输出；A-C输出是从谐振线圈L1的两端输出，其中包含一个公共端B。
工作过程为：当压控开关S1导通时，谐振电容C1被短路，此时串联谐振环的谐振状态被破坏，谐振环的振幅就被控制在一定范围内，能够输出稳定的电压或电流。当压控开关S1断开时，谐振电容C1不被短路，不会破坏谐振状态。
本发明提供的限幅控制电路，当需要提供稳定的电压时，控制所述压控开关导通，所述谐振电容被短路。原先电路的谐振状态被破坏，能够提供稳定的电压或电流，解决了从动谐振环工作不稳定的问题。
可选的，本发明的另一实施例中，所述压控开关可以根据具体情况选择不同的压控开关。所述压控开关可为IGBT管，所述IGBT管的发射极和集电极为两个开关端；所述压控开关可为MOSFET管，所述MOSFET管的漏极和源极为两个开关端；所述压控开关可为TRIAC管，所述TRIAC管的主电极T1和主电极T2为两个开关端；所述压控开关可为两个IGBT管反向串联，所述两个IGBT管反向串联之后的两个集电极为两个开关端；所述压控开关可为两个MOSFET管反向串联，所述两个MOSFET管反向串联之后的两个漏极为两个开关端；所述压控开关可为两个TRIAC管反向串联，所述两个TRIAC管反向串联之后的两个主电极T2为两个开关端。
其中，IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，金属-氧化物半导体场效应晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。三端双向交流开关TRIAC管实质上是双向晶闸管,它是在普通晶闸管的基础上发展起来的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅用一个触发电路。
为了能够使本领域的技术人员更加清楚的了解本发明中的压控开关，请参照图1、图2、图3和图4。其中，图3表示的是三端压控开关，图4表示的是四端压控开关。
图3中的S1同图1中的S1，共有1、2、3三个端，其中2端和3端是两个开关端，1端为控制端。IGBT管共有三个极，分别为集电极C、发射极E和门极G。MOSFET管也有三个极，分别为漏极D、栅极G和源极S。TRIAC管的三个极分别为主电极T1、主电极T2和栅极G。
当压控开关S1为IGBT管时，脚位对应关系为：1-G、2-C、3-E；当压控开关S1为MOSFET管时，脚位对应关系为：1-G、2-D、3-S；当压控开关S1为TRIAC管时，脚位对应关系为：1-G、2-T2、3-T1。
图4中的S1同图2中的S1。共有1、2、3、4四个端，其中，2、3为两个开关端，1、4为两个控制端，其中，4端用来接地。所述压控开关S1为两个IGBT管反向串联或两个MOSFET管反向串联或两个TRIAC管反向串联。
具体的，当压控开关S1为两个IGBT管反向串联时，脚位对应关系为：1-G、2-C、3-C、4-E，当压控开关S1为两个MOSFET管反向串联时，脚位对应关系为：1-G、2-D、3-D、4-S，当压控开关S1为两个TRIAC管反向串联时，脚位对应关系为：1-G、2-T2、3-T2、4-T1。
需要说明的是，不管是三端压控开关，还是四端压控开关，控制端1用来控制压控开关的通断。
本实施例中，所述压控开关S1为IGBT管或MOSFET管或TRIAC管，或者所述压控开关为两个IGBT管反向串联或两个MOSFET管反向串联或两个TRIAC管反向串联。选择方式较多，可以根据不同的情况进行选择。
本发明的另一实施例中，提供了一种限幅控制方法，其特征在于，应用于上述限幅控制电路，所述方法包括：
当需要提供稳定的电压时，控制所述压控开关导通。
具体的，控制所述压控开关导通，具体包括：采用输入高低电平的方式或脉冲宽度调制的方式控制所述压控开关导通。
需要说明的是，当控制端输入高电平时，两个开关端导通，接通电阻为零或接近于零，谐振电容被短路，原有的谐振状态被改变，振幅下降。当控制端为低电平时，两个开关端短路，开路电阻无穷大。谐振电容有效，恢复原有的谐振状态，振幅上升。
为了本领域的技术人员更加清楚的了解本方案，现将限幅控制电路的工作原理进行说明。参照图5、图6、图7、图8、图9和图10。
图5中，L1表示谐振线圈，C1表示谐振电容，谐振线圈L1和谐振电容C1组成串联谐振环。S1表示压控开关，此时压控开关S1为三端压控开关，104表示整流器，用来把交流电转换成直流电，C3为滤波电容，101表示直流DC2DC电源或开关电源SMPS，用来为压控开关S1提供驱动电压，电阻R1和R2组成电压采样电路105,102表示电压比较器或脉冲宽度调制PWM发生器，用来为压控开关S1提供高低电平或者PWM信号，Q1和Q2组成电流放大电路103，电阻R3为压控开关S1的驱动电阻，电阻R4为压控开关S1的放电电阻。
本实施例使用A-B输出端，在交变磁场中，A-B输出端输出交流电，经整流器104整流、滤波电容C3滤波后，得到一个直流电压，当直流电压达到一定数值时，此时若102为电压比较器，电压比较器102输出高电平，经电流放大电路103放大后，输出到压控开关S1的控制端，此时压控开关S1导通，谐振电容C1被短路，原来的谐振状态被改变，A-B两端的振幅下降，滤波电容C3上的电压也随着下降，当下降到指定数值时，电压比较器102反转，输出低电平，压控开关S1被断开，恢复原有的谐振状态，如此循环，使滤波电容C3上的电压维持在指定数值。
当102为PWM发生器时，其PWM信号的占空比与输入端的电压成正比，随着滤波电容C3上的电压的上升，PWM信号的占空比增大，压控开关S1的导通时间增加，串联谐振环停振的时间延长，滤波电容C3上的电压就下降，随着滤波电容C3电压的下降，PWM发生器102输出的PWM信号的占空比下降，串联谐振环停振的时间缩短，滤波电容C3上的电压就上升，如此循环，使C3上的电压维持在指定数值。
图6中，电阻R1、R2和R5组成电压采样电路，压控开关S1为四端压控开关。图7中，整流器104采用的是全波整流。图8中整流器104采用的是全波整流，压控开关S1为四端压控开关。图9中输出端为A-C输出端，整流器104采用的是全波整流。图10中，整流器104采用的是全波整流，压控开关S1为四端压控开关。其余元件以及各个元件的工作过程请参照图5中的说明，在此不再赘述。需要说明的是，图5至图10的电路图略有不同，但是工作原理可以相互参考。
需要说明的是，“地”是为压控开关S1的有效工作而设置的，即三端压控开关的3端为接地端，四端压控开关的4端为接地端，1端对地电压分别为：IGBT管为10-18VDC，MOSFET管为5-10VDC，TRIAC管为1-5VDC。为了能够达到上述电压，图5至图10中，画了接地端符号的地方均接地。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种限幅控制电路，其特征在于，所述电路包括：
谐振线圈、谐振电容和压控开关；
所述谐振线圈和所述谐振电容串联；所述压控开关的两个开关端分别与所述谐振电容的两个端点连接。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压控开关为IGBT管，所述IGBT管的集电极和发射极为两个开关端。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压控开关为MOSFET管，所述MOSFET管的漏极和源极为两个开关端。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压控开关为TRIAC管，所述TRIAC管的主电极T1和主电极T2为两个开关端。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压控开关为两个IGBT管反向串联，所述两个IGBT管反向串联之后的两个集电极为两个开关端。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压控开关为两个MOSFET管反向串联，所述两个MOSFET管反向串联之后的两个漏极为两个开关端。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述压控开关为两个TRIAC管反向串联，所述两个TRIAC管反向串联之后的两个主电极T2为两个开关端。
8.一种限幅控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7任意一项所述的限幅控制电路，所述方法包括：
当需要提供稳定的电压时，控制所述压控开关导通。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制所述压控开关导通，具体包括：
采用输入高低电平的方式控制所述压控开关导通。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制所述压控开关导通，具体包括：
采用脉冲宽度调制的方式控制所述压控开关导通。
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