CN106787254A - 无线电能接收端和无线供电系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种无线电能接收端和无线供电系统，本公开的方案通过在接收侧谐振电路与整流电路之间设置一个输入端口朝向整流电路一侧的低通滤波电路，可以有效地抑制整流电路高频开关产生的方波噪声和其它高频谐波进入接收侧谐振电路对外辐射，由此，可以减小无线电能接收端以及其它电子设备可能受到的电磁干扰，提高无线供电系统的性能。
Description
技术领域
本公开涉及电力电子技术，具体涉及无线供电技术，更具体地，涉及一种无线电能接收端和无线供电系统。
背景技术
无线供电技术可以以无线方式在电子设备之间传输电能，因而广泛应用于消费电子产品和其它类型的电子产品中。无线供电技术通常通过发射侧线圈和接收侧线圈的相互电磁耦合来实现电能的无线传输。其中，谐振型无线供电方法可以以无线方式向相距一定距离的接收端高效提供电能。在该方法中，电能发射端和电能接收端都配备有由线圈和电容组成的谐振电路，它允许电场和磁场在两个电路之间谐振，以无线传输电能。
如图1所示，在现有技术中，通常将包括电感L和补偿电容C的接收侧谐振电路1直接连接到整流电路2以将通过无线方式接收生成的高频交流电转换为直流。由于高频交流电的频率通常很高(例如，现有的A4WP标准的工作频率为6.78MHz)，这会对系统的电磁兼容(EMC)和电磁干扰(EMI)构成挑战。
发明内容
有鉴于此，本公开提出一种无线电能接收端和无线供电系统，一种无线电能接收端，包括：
根据本公开的第一方面，提供接收侧谐振电路，适于以无线方式接收电能；
整流电路，适于接收高频交流电输出直流电压；以及，
低通滤波电路，输入端口与所述整流电路连接，输出端口与所述接收侧谐振电路连接以防止所述整流电路产生的高频谐波反馈到所述接收侧谐振电路中。
优选地，所述低通滤波电路为电感-电容低通滤波器。
优选地，所述电感-电容低通滤波器的谐振频率高于所述接收侧谐振电路的谐振频率。
优选地，所述整流电路为半桥整流电路；
所述低通滤波电路包括：
第一感性元件，连接在所述半桥整流电路的中间端和所述接收侧谐振电路的第一端之间；以及，
第一电容，连接在所述接收侧谐振电路的第一端和第二端之间。
优选地，所述整流电路为全桥整流电路；
所述低通滤波电路包括：
第二感性元件，连接在所述全桥整流电路第一桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第一端之间；
第三感性元件，连接在所述全桥整流电路第二桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第二端之间；以及，
第二电容，连接在所述接收侧谐振电路的第一端和第二端之间。
优选地，所述整流电路为全桥整流电路；
所述低通滤波电路包括：
第二感性元件，连接在所述全桥整流电路第一桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第一端之间；
第三感性元件，连接在所述全桥整流电路第二桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第二端之间；
第三电容，连接在所述接收侧谐振电路的第一端和参考端之间；以及，
第四电容，连接在所述接收侧谐振电路的第二端和参考端之间。
优选地，所述感性元件为电感或磁珠。
优选地，所述无线电能接收端还包括：
屏蔽罩，围绕所述感性元件设置。
根据本公开的第二方面，提供一种无线供电系统，包括：
无线电能发射端；以及，
至少一个如上所述的无线电能接收端。
由此，可以减小无线电能接收端以及其它电子设备可能受到的电磁干扰，提高无线供电系统的性能。
本公开的方案通过在接收侧谐振电路与整流电路之间设置一个输入端口朝向整流电路一侧的低通滤波电路，从而可以有效地抑制整流电路高频开关产生的方波噪声和其它高频谐波进入接收侧谐振电路对外辐射，由此，可以减小无线电能接收端以及其它电子设备可能受到的电磁干扰，提高无线供电系统的性能。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是现有的无线电能接收端的示意图；
图2是在现有的无线电能接收端中对接收侧谐振电路产生干扰的原理分析图；
图3是本公开实施例的无线供电系统的示意图；
图4是本公开实施例的无线电能接收端的示意图；
图5是本公开另一个实施例的无线电能接收端的示意图；
图6是本公开另一个实施例的无线电能接收端的示意图；
图7是本公开另一个实施例的无线电能接收端的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的几个优选实施例进行详细描述，但本公开并不仅仅限于这些实施例。本公开涵盖任何在本公开的本质和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本公开有彻底的了解，在以下本公开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公开。
在权利要求中使用的术语“包括”不应当被解释为对其后所列装置的限制。它不排除其他元件或者步骤。因此，表述“一种器件包括装置A和B”的范围应当不限于只包括部件A和B的器件。它意味着针对本公开，该器件的相关部件是A和B。
此外，在本说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于在类似的元件之间进行区分，不一定用于描述顺序或者时序。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可以互换的，并且在此描述的本公开的实施例能够在不同于在此描述或者说明的顺序下运行。
应当理解，当元件被称为与另一个元件“连接”或“耦接”时，它可以与另一个元件直接连接或耦接，或者可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为与另一个元件上“直接连接”、“直接耦接”时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应当用相同的方式进行理解(即，“...与...之间”与“...与...直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
图2是在现有的无线电能接收端中对接收侧谐振电路产生干扰的原理分析图。在现有的无线电能接收端中，接收侧谐振电路1与直接与整流电路2连接。其中，接收侧谐振电路1通常被形成为线圈，通过线圈导线之间的分布式电容以及线圈固有的电感来形成谐振电路的电感和电容。当然，实际中也可以在线圈上串联额外的电容元件以调节电路的参数。在工作时，接收侧谐振电路1的电感L和电容C响应于作用其上的高频电磁场产生谐振，从而在电路中产生高频交流电。高频交流电通过整流电路2整流后输出。在整流的过程中，整流电路2的二极管D1和D2交替地导通，这会使得接收侧谐振电路1与整流电路2连接的端口的电压来回跳变，从而出现近似于方波的信号。这样的方波信号可以被叠加到接收侧谐振电路上。由于方波信号的谐波较为丰富，这会使得其中一部分高频谐波分量作用在线圈上，并经由其向外发射。这会对于无线电能接收端以及与其耦合的无线电能发射端构成电磁干扰。而且，无线供电就是利用发射侧谐振电路和接收侧谐振电路的电磁耦合来进行电能的传输，因此，不可能对接收侧谐振电路进行屏蔽处理。由此，现有的电路结构难以解决由于整流性负载产生的谐波信号的电磁干扰问题。应理解，虽然在图2中整流电路2为半桥整流电路，但是，对于使用全桥整流电路的无线电能接收端也会存在同样的问题。
为了解决上述问题，本公开的方案通过在接收侧谐振电路与整流电路之间设置一个输入端口朝向整流电路一侧的低通滤波电路，可以有效地抑制整流电路高频开关产生的方波噪声和其它高频谐波进入接收侧谐振电路对外辐射，由此，可以减小无线电能接收端以及其它电子设备可能受到的电磁干扰，提高无线供电系统的性能。
图3是本公开实施例的无线供电系统的示意图。如图3所示，无线供电系统包括无线电能发射端A和与其以无线(非接触)方式耦合的一个或多个无线电能接收端B。无线电能发射端A通过发射侧谐振电路与无线电能接收端B的接收侧谐振电路形成电磁耦合，两者通过共同在工作频率f0谐振传递能量。同时，在无线电能接收端中还包括整流电路2，其适于接收高频交流电输出直流电压。在接收侧谐振电路1和整流电路2之间，连接有低通滤波电路3，与通常的连接方式不同，低通滤波电路的输入端口与整流电路2连接，输出端口与接收侧谐振电路1连接，由此，可以防止整流电路产生的高频谐波反馈到接收侧谐振电路中。具体地，低通滤波电路3可以为电感-电容(LC)低通滤波电路。低通滤波电路3的谐振频率需要设置为高于工作频率f0，由此，不会影响接收侧谐振电路1对电能的正常接收。
在本实施例的方案中，低通滤波电路3可以有效地过滤整流电路一侧产生的方波和其它高频谐波进入接收侧谐振电路1。同时，从接收侧谐振电路1一侧来看，低通滤波电路3相当于一个反向连接的无源低通滤波器，在输出阻抗无穷大时，其会呈现出直通的特性。即使考虑实际中输出阻抗不会无穷大，其相当于构成一个先通过电容进行滤波，然后在基于电感进行分压的电路结构，在该电路谐振频率高于工作频率f0时，接收侧谐振电路1接收工作频率f0的交流电，因为低通滤波电路3谐振频率高于工作频率f0，滤波电路3中的电容C在f0频率呈现高阻抗，滤波电路3中的电感L在f0频率呈现低阻抗，该结构不会对f0的高频交流电构成影响，因此不会影响整流电路2以及后续电路对f0交流电的处理。
图4是本公开实施例的无线电能接收端的示意图。如图4所示，在本实施例中，整流电路2为半桥整流电路，也即，整流电路由两个二极管D1和D2构成。其中，二极管D1和D2串联连接在整流电路2的输出端口之间，两者相互连接的端m(也即半桥整流电路的中间端)和二极管D2阳极连接的端作为输入端口。低通滤波电路3包括感性元件L1和电容C1，形成为一个倒L形的LC低通滤波电路。其中，感性元件L1连接在接收侧谐振电路1的第一端a和半桥整流电路的中间端m之间。电容C1连接在接收侧谐振电路1输出端口的两端之间。由此，低通滤波电路3可以阻隔来自整流电路2一侧的方波信号或高频谐波，使得其不能进入到接收侧谐振电路1对外辐射。而对于来自接收侧谐振电路1的高频交流电，低通滤波电路3并不构成影响。
具体地，感性元件L1可以为电感也可以为磁珠。磁珠(magnetic bead)通常采用铁氧体材料制成，用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰。磁珠在低频段呈现电感特性，在高频段呈现电阻特性，使用磁珠作为感性元件L1可以在高频段通过能量损耗更好地抑制流向接收侧谐振电路1的高频谐波，进一步降低接收线圈的电磁辐射。
可选地，本实施例的无线电能接收端还可以包括连接在整流电路2输出端口的滤波电容Cbus，其用于对整流电路2输出的直流电进行滤波。
图5是本公开另一个实施例的无线电能接收端的示意图。如图5所示，在本实施例中，整流电路2为全桥整流电路。全桥整流电路2包括由二极管D1和D2构成的第一桥臂和由二极管D2和D4构成的第二桥臂。第一桥臂和第二桥臂相互并联。第一桥臂的中间端m1和第二桥臂的中间端m2作为输入端口的两端与前一级的电路连接。在本实施例中，低通滤波器3包括两个感性元件L2和L3以及电容C2。其中，感性元件L2连接在第一桥臂中间端m1和接收侧谐振电路1的第一端a之间。感性元件L3连接在第二桥臂的中间端m2和接收侧谐振电路1的第二端b之间。同时，电容C2连接在接收侧谐振电路1的两端之间。由此，形成输入端口与整流电路2连接，输出端口与接收侧谐振电路连接的低通滤波器3。由此，低通滤波电路3可以阻隔来自整流电路2一侧的方波信号或高频谐波，使得其不进入到接收侧谐振电路1对外辐射。而对于来自接收侧谐振电路1的高频交流电，由于高频交流电的频率低于低通滤波电路的谐振频率，低通滤波电路3并不构成影响。
与上一实施例类似，感性元件L1可以为电感也可以为磁珠。磁珠(magnetic bead)通常采用铁氧体材料制成，用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰。磁珠在低频段呈现电感特性，在高频段呈现电阻特性，使用磁珠作为感性元件L1可以在高频段通过能量损耗更好地抑制流向接收侧谐振电路1的高频谐波，降低接收线圈的高频辐射。
可选地，本实施例的无线电能接收端还可以包括连接在整流电路2输出端口的滤波电容Cbus，其用于对整流电路2输出的直流电进行滤波。
图6是本公开另一个实施例的无线电能接收端的示意图。如图6所示，在本实施例中，整流电路2为全桥整流电路，其结构与上一实施例相同。在本实施例中，全桥整流电路的一端连接到参考端g。同时，低通滤波器3包括两个感性元件L2、L3以及两个电容C3和C4。其中，感性元件L2连接在第一桥臂中间端m1和接收侧谐振电路1的第一端a之间。感性元件L3连接在第二桥臂的中间端m2和接收侧谐振电路1的第二端b之间。电容C3连接在接收侧谐振电路1的第一端a和参考端g之间。电容C4连接在接收侧谐振电路1的第二端b和参考端g之间。由此，感性元件L2和电容C3组成一个输入端口与第一桥臂中间端m1连接，输出端口与接收侧谐振电路1的第一端a连接的倒L形低通滤波器。感性元件L3和电容C4组成一个输入端口与第二桥臂的中间端m2连接，输出端口与接收侧谐振电路1的第二端b连接的倒L形低通滤波器。这种对称的结构可以增强对于高频谐波的滤波效果，更好地抑制整流性负载对于接收侧谐振电路的影响。
可选地，本实施例的无线电能接收端还可以包括连接在整流电路2输出端口的滤波电容Cbus，其用于对输出的直流电进行滤波。
图7是本公开另一个实施例的无线电能接收端的示意图。如图7所示，所述无线电能接收端B在图4所示的实施例的基础上增加了围绕感性元件L1设置的屏蔽罩4。屏蔽罩4由导电材料(例如金属材料)制成。由于低通滤波电路3可以滤除高频谐波，抑制进入接收侧谐振电路1的高频分量，这会使得高频谐波分量作用在低通滤波电路3的感性元件L1上。虽然感性元件L1的尺寸较接收侧谐振电路1中的线圈小，但是仍然会受激于高频谐波对外辐射电磁波，从而造成一定的电磁干扰。由于感性元件L1不必暴露在交变电磁场中，因此可以通过设置屏蔽罩4来屏蔽器对外辐射的电磁波，进一步降低系统的电磁干扰。
应理解，虽然本实施例以图4所示电路为例说明了设置屏蔽罩4以进一步降低系统电磁干扰的方案，但是对于图5-图6所示的电路以及其它未示出的可以实施本公开方案的电路中，均可以对于低通滤波电路的感性元件设置屏蔽罩，以隔绝其对外辐射的电磁波，降低电磁干扰。对于具有多个感性元件的电路，可以针对每一个感性元件分别设置屏蔽屏蔽罩，也可以设置一个屏蔽罩将多个感性元件围绕在内。
以上描述是本公开实施例的描述。在不脱离本公开的范围的情况下，可以实现各种变更和改变。本公开是出于说明性目的提出的，并且不应被解释为本公开的所有实施例的排他性描述，或使本公开的范围局限于结合这些实施例所说明和所描述的特定元件。在没有限制的情况下，可以用提供基本上类似功能或以其他方式提供充分操作的替换元件来代替所描述的发明的任何一个或多个单独元件。这包括目前已知的替换元件，诸如本领域的技术人员当前可能已知的那些，以及可能在未来开发的替换元件，诸如本领域的技术人员在开发时可能承认为替换的那些。
Claims (9)
1.一种无线电能接收端，包括：
接收侧谐振电路，适于以无线方式接收电能；
整流电路，适于接收高频交流电输出直流电压；以及，
低通滤波电路，输入端口与所述整流电路连接，输出端口与所述接收侧谐振电路连接以防止所述整流电路产生的高频谐波反馈到所述接收侧谐振电路中。
2.根据权利要求1所述的无线电能接收端，其特征在于，所述低通滤波电路为电感-电容低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的无线电能接收端，其特征在于，所述电感-电容低通滤波器的谐振频率高于所述接收侧谐振电路的谐振频率。
4.根据权利要求2所述的无线电能接收端，其特征在于，所述整流电路为半桥整流电路；
所述低通滤波电路包括：
第一感性元件，连接在所述半桥整流电路的中间端和所述接收侧谐振电路的第一端之间；以及，
第一电容，连接在所述接收侧谐振电路的第一端和第二端之间。
5.根据权利要求2所述的无线电能接收端，其特征在于，所述整流电路为全桥整流电路；
所述低通滤波电路包括：
第二感性元件，连接在所述全桥整流电路第一桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第一端之间；
第三感性元件，连接在所述全桥整流电路第二桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第二端之间；以及，
第二电容，连接在所述接收侧谐振电路的第一端和第二端之间。
6.根据权利要求2所述的无线电能接收端，其特征在于，所述整流电路为全桥整流电路；
所述低通滤波电路包括：
第二感性元件，连接在所述全桥整流电路第一桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第一端之间；
第三感性元件，连接在所述全桥整流电路第二桥臂的中间端和所述接收侧谐振电路的第二端之间；
第三电容，连接在所述接收侧谐振电路的第一端和参考端之间；以及，
第四电容，连接在所述接收侧谐振电路的第二端和参考端之间。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的无线电能接收端，其特征在于，所述感性元件为电感或磁珠。
8.根据权利要求4-6中任一项所述的无线电能接收端，其特征在于，还包括：
屏蔽罩，围绕所述感性元件设置。
9.一种无线供电系统，包括：
无线电能发射端；以及，
至少一个如权利要求1-8中任一项所述的无线电能接收端。
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