CN107342632A - 一种电能发射结构及应用其的无线充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能发射结构及应用其的无线充电装置，通过将共模电流抑制电路连接在逆变电路和发射线圈之间，可以很好的降低发射线圈对地之间的共模电流，减小EMC的传导干扰，同时还可以降低逆变电路输出的交流电压的高频分量对发射线圈产生的高频共模电流，降低高频交流分量对系统EMC的辐射干扰影响。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电领域，具体地说，涉及一种电能发射结构及应用其的无线充电装置。
背景技术
磁共振式的无线充电系统包括有电能发射端和电能接收端，如图1所示，电能发射端接收外部电能产生空间磁场将能量以无线方式传输给电能接收端。
为了能使电能接收端在更大范围内感生空间磁场以产生电压给电子设备,一种方式是采用增加电能发射端中发射线圈的尺寸和感值,但是增加发射线圈的尺寸和感值，往往需要增加发射线圈的匝数和面积，而根据电容的计算公式，C＝εS/D，增大线圈面积会增加发射线圈对地之间的寄生电容，根据共模电流ICM和寄生电容之间的关系，ICM＝CdV/dt。如图2所示，线圈上高频交流电压通过这个寄生电容更容易形成对大地共模电流，增加了EMC传导干扰。并且，当发射线圈的尺寸增加后，则线圈的周长相应会增加，如果线圈中流过高频交变的电流，那么高频电流更容易形成电磁波辐射出，增加EMC辐射干扰。
另一种方式是通过增加发射线圈中的交变电流，来增加发射线圈的磁场，这种方式会增加发射线圈两端的电压(V＝jωLs·Is)，根据上述共模电流的计算公式，也会增加对地的共模电流。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种电能发射结构及应用其的无线充电装置。通过将共模电流抑制电路连接在发射线圈之前，可以很好的降低系统的共模电流，减小EMC的传导干扰，同时可以降低高频电流分量对EMC的辐射干扰的影响。
依据本发明的一种电能发射结构，包括逆变电路、电能发射线圈，所述电能发射结构还包括共模电流抑制电路，
所述共模电流抑制电路连接在所述逆变电路和电能发射线圈之间，
所述逆变电路接收外部直流电压信号以输出交变电压信号传输给电能发射线圈；
所述电能发射线圈接收所述交变电压信号以产生空间磁场传输给电能接收结构；
其中，所述共模电流抑制电路用于减小所述电能发射线圈中的共模电流。
优选地，所述共模电流抑制电路用于减小所述电能发射线圈对地之间的共模电流大小。
优选地，当所述交变电压信号中包含高频谐波分量时，所述共模电流抑制电路用于减小输入至所述电能发射线圈中的所述高频谐波分量产生的高频共模电流。
优选地，所述电能发射结构还包括谐振电容，所述电能发射线圈和谐振电容的谐振频率与系统工作频率一致。
优选地，当所述谐振电容连接在所述逆变电路和电能发射线圈之间时，所述共模电流抑制电路连接在所述逆变电路和所述谐振电容之间。
优选地，当所述谐振电容连接在所述逆变电路和电能发射线圈之间时，所述共模电流抑制电路连接在所述谐振电容和所述电能发射线圈之间。
优选地，所述共模电流抑制电路包括共模电感。
依据本发明一种无线充电装置，包括电能发射端和电能接收端，所述电能发射端包括上述的电能发射结构,
电能发射端接收外部直流电压信号以产生空间磁场传输给电能接收端；
所述电能接收端感应所述空间磁场，产生感应电压并经电压转换后输出预定大小电压供给负载。
综上所述的一种电能发射结构及应用其的无线充电装置，通过将共模电流 抑制电路连接在逆变电路和发射线圈之间，可以很好的降低发射线圈对地之间的共模电流，减小EMC传导干扰，同时可以降低逆变电路输出的交流电压的高频谐波分量对发射线圈产生的高频共模电流，降低高频电流分量的EMC辐射干扰的影响。
附图说明
图1所示为现有技术的无线充电系统的结构；
图2所示为发射线圈对地产生的共模电流的示意图；
图3所示为依据本发明的无线充电装置的第一实施例的电路图；
图4所示为依据本发明的无线充电装置的第二实施例的电路图；
图5发射线圈输入端不加共模电感的EMC辐射测试的波形图；
图6发射线圈输入端加共模电感的EMC辐射测试的波形图；
图7共模电感加在系统的电源输入侧的EMC传导测试的波形图；
图8共模电感加在发射线圈的两端的EMC传导测试的波形图。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明的一些优选实施例，但本发明不限于此。
参考图3所示的无线充电装置，所述无线充电装置包括电能发射端(也即电能发射结构)和电能接收端，所述电能发射端包括逆变电路(未示出)、电能发射线圈Ls，所述逆变电路接收外部直流电压信号以输出交变电压信号Vs。进一步的，所述电能发射端还包括共模电流抑制电路，本实施方式中，所述共模电流抑制电路具体为括共模电感CM。电能接收端包括谐振电容Cd和电能接收线圈Ld。所述无线充电装置还包括变压器T。
本实施方式中，为了实现能量传输的高效率，所述电能发射端还包括谐振电容Cs，所述电能发射线圈Ls和谐振电容Cs的谐振频率与系统工作频率一致，所述系统工作频率为无线充电装置的工作频率，记为ω0，所述无线充电装置的系统工作频率是根据电路结构和效率要求预先设定的，例如优选频率设置为6.78MHz。
所述共模电感CM连接在所述逆变电路和所述电能发射线圈Ls之间，本领域技术人员可知，当谐振电容连接在电能发射线圈的输出侧(靠近电能接收端一侧)时，则所述共模电感CM连接在所述逆变电路和所述电能发射线圈Ls之间，当所述谐振电容连接在所述逆变电路和电能发射线圈之间时，所述共模电感CM连接在所述谐振电容Cs和所述电能发射线圈Ls之间或者是所述共模电感CM连接在所述逆变电路和所述谐振电容Cs之间。如图3所示为共模电感CM连接在所述谐振电容Cs和所述电能发射线圈Ls之间，如图4所示为所述共模电感CM连接在所述逆变电路和所述谐振电容Cs之间。
这里，以图3所示的电路示例进行说明，图4所示电路的原理和效果与图3相同。根据共模电感的工作原理，当原边线圈通过加共模电感CM后，逆变电路输出的高频交变电流首先要经过共模电感CM，那么输入至电能发射线圈的高频谐波电压(或高频谐波电流)可得到有效阻止，即是通过共模电感的阻挡可以使得输入至电能发射线圈的高频共模电流减小，从而可以降低发射线圈辐射的高频电磁波,减小EMC的辐射干扰。为了更清楚的阐述在发射线圈加入共模电感和不加入共模电感的区别，下面可通过测试图形结果介绍：图5和图6为发射线圈的输入端不加共模电感和加入共模电感的系统的EMC辐射干扰的测试(测试频率：30MHz-1GHz)，从上述对比图中可以看出当发射线圈的输入端存在高频交流电压时，在发射线圈之前加入共模电感后，系统的EMC辐射干扰得到明显改善，最高处大概有15dB-50dB的衰减，效果明显。
另一方面，由于电能发射端加入了共模电感，则对于发射端而言，原边发射线圈、共模电感和地之间形成一个回路，共模电感在回路中呈现高阻特性，抑制了发射线圈共模电流传输到系统输出端，从在系统输出端的EMC传导干扰会减小很多。同样的，为了更清楚的阐述在发射线圈加入共模电感和不加入共模电感的区别，下面可通过测试图形介绍：图7和图8为共模电感加在发射线圈两端和共模电感加在系统电源的输入端的EMC传导干扰的测试(测试频率 0.15MHz-30MHZ)，从上述两幅图可以看出，当系统工作在6.78MHz时，其工作频率的三次谐波的传导EMC干扰有很大改善，大概有10dB-30dB的衰减。
综上，当将共模电感接入在发射线圈之前，无论是对EMC的传导干扰还是EMC的辐射干扰均有较大改善，可以很好的降低发射线圈对地的共模电流和降低高频交流分量对发射线圈的高频共模电流，从而使得系统的EMC满足标准要求，达到最优的效果。
最后，本发明公开了一种无线充电装置，包括电能发射端和电能接收端，所述电能发射端为上述的电能发射结构，电能发射端接收外部直流电压信号以产生空间磁场传输给电能接收端；所述电能接收端感应所述空间磁场，产生感应电压并经电压转换后输出预定大小电压供给负载。同理的，采用加入共模电感的无线充电装置能很好的改善系统的EMC的和EMC的辐射干扰，使得系统的EMC干扰满足欧盟标准要求，达到最优的效果。
以上对依据本发明的优选实施例的电能发射结构和无线充电装置进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电能发射结构，包括逆变电路、电能发射线圈，其特征在于，所述电能发射结构还包括共模电流抑制电路，
所述共模电流抑制电路连接在所述逆变电路和电能发射线圈之间，
所述逆变电路接收外部直流电压信号以输出交变电压信号传输给电能发射线圈；
所述电能发射线圈接收所述交变电压信号以产生空间磁场传输给电能接收结构；
其中，所述共模电流抑制电路用于减小所述电能发射线圈中的共模电流。
2.根据权利要求1所述的电能发射结构，其特征在于，所述共模电流抑制电路用于减小所述电能发射线圈对地之间的共模电流大小。
3.根据权利要求1或2所述的电能发射结构，其特征在于，当所述交变电压信号中包含高频谐波分量时，所述共模电流抑制电路用于减小输入至所述电能发射线圈中的所述高频谐波分量产生的高频共模电流。
4.根据权利要求1所述的电能发射结构，其特征在于，所述电能发射结构还包括谐振电容，所述电能发射线圈和谐振电容的谐振频率与系统工作频率一致。
5.根据权利要求4所述的电能发射结构，其特征在于，当所述谐振电容连接在所述逆变电路和电能发射线圈之间时，所述共模电流抑制电路连接在所述逆变电路和所述谐振电容之间。
6.根据权利要求4所述的电能发射结构，其特征在于，当所述谐振电容连接在所述逆变电路和电能发射线圈之间时，所述共模电流抑制电路连接在所述谐振电容和所述电能发射线圈之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电能发射结构，其特征在于，所述共模电流抑制电路包括共模电感。
8.一种无线充电装置，包括电能发射端和电能接收端，其特征在于，所述电能发射端包括权利要求1-7任一项所述的电能发射结构,
电能发射端接收外部直流电压信号以产生空间磁场传输给电能接收端；
所述电能接收端感应所述空间磁场，产生感应电压并经电压转换后输出预定大小电压供给负载。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10714979B2 (en) | 2017-06-09 | 2020-07-14 | Ningbo Weie Electronics Technology Ltd. | Wireless power receiving terminal and wireless charging system |
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| CN104578854A (zh) * | 2013-10-29 | 2015-04-29 | 柯惠有限合伙公司 | 具有共模扼流圈的谐振逆变器 |
| CN105391192A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-03-09 | 宁波微鹅电子科技有限公司 | 一种电能发射端和无线充电装置 |
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2016
- 2016-05-03 CN CN201610288412.9A patent/CN107342632A/zh active Pending
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