CN108616170A - 电能发射电路、电路模块及应用其的无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电能发射电路、电路模块及应用其的无线充电装置，通过在至少一个电容上并联一个电阻，使得所述电能发射电路能够根据电容电压准确地解调电能接收电路反馈的通信信号，以避免解调电路的非线性特性对电压检测的负面影响，从而提高无线充电装置的可靠性。

Description

电能发射电路、电路模块及应用其的无线充电装置

技术领域

本申请涉及电子电力技术，具体涉及无线充电技术，更具体地，涉及一种电能发射电路、电路模块及应用其的无线充电装置。

背景技术

无线充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。

无线充电装置由电能发射电路和电能接收电路组成，电能发射电路激发交变的磁场，电能接收电路根据交变磁场产生电动势为负载供电。在无线充电装置的运行中，电能发射电路需要获取电能接收电路的信息状态，从而构造闭环系统，以便于及时调整电能发射电路的工作状态，使得电能接收电路能够安全、正确地为负载提供能量。

电能接收电路可以通过功率扰动的工作方式，将电压、功率、温度等信息发送到电能发射电路。电能发射电路接收到扰动功率后，发射线圈中的交变电流将发生与之对应的变化，同时电容上的电压也将出现规律性扰动。因此，目前通常通过检测电容的电压来获取电能接收电路的状态信息，进而调整电能发射电路的工作状态。但是，随着充电自由度需求的提升(充电的垂直距离和水平偏移增加)，发射线圈所需的功率越来越大，这样就需要增加发射线圈感量和提高发射线圈中的电流来增加发射线圈周围的空间磁场。为了降低线圈和电容的耐压，往往采用多个串联电容隔离线圈的方式。但是，此时若检测单个电容上的电压来解调通信信息，往往不能正确解调出电能接收电路的状态信息。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电能发射电路、电路模块及应用其的无线充电装置，以避免解调电路的非线性特性对电压检测的负面影响，从而提高无线充电装置的可靠性。

第一方面，提供一种电能发射电路，包括：

多个线圈；

1个第一电容；

N个第二电容，N大于或等于1；以及

至少一个电阻，分别与所述第一电容和/或所述第二电容并联；

解调电路，被配置为检测解调电压获取通信信号，所述解调电压用于表征所述第一电容的电压；

逆变电路，被配置为受控输出高频交流电；以及

控制器，被配置为根据所述通信信号控制所述逆变电路；

其中，所述线圈、第一电容和第二电容以相互间隔的方式串联。

进一步地，至少一个所述电阻与所述第一电容并联。

进一步地，所述电阻的数量为1，所述电阻与所述第一电容并联。

进一步地，所述电阻的数量大于1，其中一个所述电阻与所述第一电容并联，其它电阻分别与对应的所述第二电容并联。

进一步地，所述电阻的数量为N，N个所述电阻分别与N个所述第二电容并联。

进一步地，所述线圈的数量为N或N+1。

进一步地，所述电阻的阻值被配置为使得所述解调电压在预定的直流偏置电压范围内。

进一步地，所述解调电路包括：

峰值检测电路，与所述第一电容连接，被配置为获取所述解调电压并检测所述解调电压的峰值信号；

放大电路，与所述峰值检测电路连接，被配置为通过放大所述峰值信号生成所述通信信号。

第二方面，提供一种电路模块，包括：

多个线圈；

一个第一电容；

N个第二电容，N大于或等于1；以及至少一个电阻，分别与所述第一电容和/或所述第二电容并联；

其中，所述线圈、第一电容和第二电容以相互间隔的方式串联。

第三方面，提供一种无线充电装置，包括：

如上所述的电能发射电路；以及

电能接收电路，被配置为产生预设电压给负载供电。

本申请的技术方案通过在至少一个电容上并联一个电阻，使得所述电能发射电路能够根据电容电压准确地解调电能接收电路反馈的通信信号，以避免解调电路的非线性特性对电压检测的负面影响，从而提高无线充电装置的可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请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是一个对比例的电能发射电路的示意图；

图2是对比例中的电容电压的波形图；

图3是本申请第一实施例的电能发射电路的示意图；

图4是一种峰值检测电路的示意图；

图5是本申请第一实施例的电容电压和其峰值的波形图；

图6是本申请第二实施例的电能发射电路的示意图；

图7是本申请第三实施例的电能发射电路的示意图；

图8是本申请第三实施例的电能发射电路的示意图；

图9是本申请实施例的无线充电装置的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是一个对比例的电能发射电路的示意图。图2是对比例中的电容电压的波形图。如图1所示，本对比例采用增加发射线圈的形式来提高发射线圈周围的空间磁场以增加发射线圈的功率，从而提高充电设备的充电自由度。为了避免多个电感之间的寄生电容，本对比例采用了多个电容和多个电感以相互隔离串联的方式。同时，这种连接方式还可以降低线圈和电容的耐压要求。在采用这种方式连接的电能发射电路中，在通过电压/功率扰动的方式来进行电能接收电路和电能发射电路的通信时，由于解调电路11的非线性负载特性，会使得采集获取的单个电容C1的电压如图2所示。

显然，图1中的电容C1上的电压扰动纹波不能准确表征电能接收电路的功率扰动，因此，解调电路11中的峰值检测电路111不能获取准确的峰值信号，导致解调电路11不能正确解调通讯信息，进而影响无线充电装置的可靠性。

电压/功率扰动是指通过改变电能接收电路的输出功率或输出电压，使得电能发射电路的发射侧谐振电路的输出参数相应发生改变。由此，通过检测发射侧谐振电路的输出参数就可以获取反馈信息。例如，通过电能接收电路一侧按照反馈信息编码来短路负载，可以使得电能发射电路的输出电流随电能接收电路的负载变化而改变，因此可以通过发射侧谐振电路的电流的峰值的变化来检测电能接收电路的输出功率，从而获取电能接收电路的状态信息。

在本申请实施例中，通过在至少在一个电容上并联电阻以避免解调电路对于直流偏置电压的影响，从而使得峰值检测电路能够获取较为准确的解调电压，进而使得控制器能够控制逆变器使其输出高频交流电以提高无线充电装置的可靠性。其中，解调电压用于表征被测电容的电压。高频交流电是高于预定频率的交流电，用于使得发射侧谐振电路(如图1所示的电容C1、C2、C3和线圈L1、L2组成的发射侧谐振电路)产生预定的交变磁场，进而使得电能接收电路产生预定的电压给负载供电。

图3是本申请第一实施例的电能发射电路的示意图。图4是一种峰值检测电路的示意图。图5是本申请第一实施例的电容电压和其峰值的波形图。如图3所示，本实施例的电能发射电路被配置为以无线方式发射电能，包括逆变器31、解调电路32、控制器33以及电路模块34。其中，解调电路32包括峰值检测电路321和放大电路322。电路模块34包括电容Cs1、电容Cs2、电容Cs3、线圈L1、线圈L2和电阻R。

本实施例以电容Cs1为被测电容，且电阻与电容Cs1并联进行说明。应理解，电容Cs2和电容Cs3也可作为被测电容。当电能发射电路中的电容数量大于2且只有一个并联电阻时，电阻应并联连接在被测电阻上。

逆变器31与输入端口连接，被配置为受控于控制器33输出的控制信号PWM将直流输入Vin转换为高频交流电输出，以调节交变磁场，从而使得电能接收电路产生预设电压。在一种可选的实施方式中，逆变器31还被配置为给控制器33提供电能。

在电路模块34中，电容Cs1、电容Cs2、电容Cs3、线圈L1和线圈L2以相互隔离的方式串联连接。优选地，电容Cs1、电容Cs2、电容Cs3、线圈L1和线圈L2在工作频率附近谐振，以提高电能传输效率。电阻R与电容Cs1并联连接。其中，电阻R的阻值被配置为使得解调电压在预定的直流偏置电压范围内，也即使得电阻R的阻值远小于解调电路32的等效非线性阻抗，以减小或消除解调电路32的非线性特性对电压检测的负面影响，从而使得峰值检测电路321能够较为准确地获取解调电压Vcs。其中，解调电压用于表征电容Cs1的电压。在电容Cs1上并联一个电阻R之后，使得电能发射电路中电流的直流偏置从电阻R流过，而几乎不从解调电路32流过，因此，可以通过检测电容Cs1上的电压来较为准确地检测电能接收电路中的功率扰动。

峰值检测电路321与电容Cs1连接，被配置为检测解调电压Vcs的峰值信号Vp。在本实施例中，解调电压Vcs为从电容一端获得的电压。应理解，解调电压Vcs也可以是以其它方式间接采集的表征电容Cs1两端电压的信号。放大电路322与峰值检测电路321连接，被配置为将峰值信号Vp放大以生成通信信号Va。

在一种可选的实施方式中，峰值检测电路321的电路图如图4所示，峰值检测电路321包括二极管D、电阻R41、电容C41和电阻R42。二极管D连接在电容Cs1和电阻R41之间，电容C41与电阻R42并联连接在电阻R41和接地端之间。其中，二极管D与电容C41构成采样保持电路，在解调电压Vcs达到峰值时把峰值电压充到电容C41上，并且在峰值过去后，解调电压Vcs下降时使得电容C41上的电压保持不变，不受电容解调电压Vcs下降的影响，从而输出峰值信号Vp。应理解，其它可以获取电容Cs1的峰值电压的电路结构均可被应用于本实施例中。

控制器33被配置为根据通信信号Va生成控制信号PWM来控制逆变器，从而使得电能接收电路产生预设电压，进而提高无线充电装置的可靠性。

电能接收电路通过电压/功率扰动的方式可以将电压、功率、温度等信息发送到电能发射电路。具体地，电能接收电路在扰动功率后(可以通过短路负载等方式可以实现电压/功率扰动)，电能发射电路中的线圈L1和线圈L2中的交变电流将发生与电能接收电路的功率扰动相对应的变换，同时，电容Cs1、Cs2和Cs3上的电压也将出现规律性扰动。因此，通过检测电容Cs1、Cs2或Cs3上的电压可以实现电能接收电路和电能发射电路之间的通信。本实施例中的电容电压和其峰值信号的波形图如图5所示，采样获取的解调电压Vcs经过峰值检测电路321的处理后获得峰值信号Vp，峰值信号Vp在经过放大电路322的处理后获得通信信号Va。控制器33根据通信信号Va解调出包含电能接收电路的电压、功率和温度等信息对应的数字信号(也即控制信号PWM)，并根据此数字信号来控制逆变器，从而使得所述电能接收电路产生预设电压，提高了无线充电装置的可靠性。

图6是本申请第二实施例的电能发射电路的示意图。如图6所示，本实施例的电能发射电路与图3中的电能发射电路区别在于本申请实施例中的电路模块64还包括电阻R2。其它电路(包括逆变器61、峰值检测电路62和控制器63等电路及电路元件)的连接方式及工作方式均与图3所示的电能发射电路类似，在此不再赘述。

在本实施例中，电容Cs1为被测电容，电阻R1、R2分别与电容Cs1和电容Cs2并联连接。应理解，电容Cs2和电容Cs3也可作为被测电容，但在被测电容上必须并联有一个电阻。

电阻R1与电阻R2的阻值被配置为使得解调电压在预定的直流偏置电压范围内，也即使得电阻R1和/或R2的阻值远小于解调电路62的等效非线性阻抗，以减小或消除解调电路62对于直流偏置电压的影响，从而使得峰值检测电路621能够较为准确地获取解调电压Vcs。其中，解调电压Vcs用于表征电容Cs1的电压。

本实施例通过设置两个电阻分别并联在被测电容和其它任一个电容上，使得电能发射电路能够更准确地获取解调电压，从而更准确地获取通信信号来控制逆变器，以避免解调电路62的非线性特性对电压检测的负面影响，进一步提高了无线充电装置的可靠性。

图7是本申请第三实施例的电能发射电路的示意图。如图7所示，本实施例的电能发射电路与图6中的电能发射电路区别在于本申请实施例中的电路模块74还包括电阻R3。其它电路(包括逆变器71、峰值检测电路72和控制器73等电路及电路元件)的连接方式及工作方式均与图6所示的电能发射电路类似，在此不再赘述。

在本实施例中，电容Cs1、电容Cs2和电容Cs3均并联了一个电阻，图7中采用电容Cs1作为被测电容。应理解，在本实施例中，任意一个电容均可作为被测电容与解调电路连接。

其中，电阻R1、R2和R3的阻值被配置为使得解调电压Vcs在预定的直流偏置电压范围内，也即使得电阻R1和/或R2和/或R3的阻值远小于解调电路72的等效非线性阻抗，以减小或消除解调电路72对于直流偏置电压的影响，从而使得峰值检测电路721能够较为准确地获取解调电压Vcs。其中，解调电压Vcs用于表征电容Cs1的电压。

本实施例通过设置三个电阻R1、R2和R3分别并联在电容Cs1、Cs2和Cs3上，使得电能发射电路能够更精确地获取解调电压，从而更精确地获取通信信号来控制逆变器，避免了解调电路72的非线性特性对电压检测的负面影响，进一步提高了无线充电装置的可靠性。同时使得解调电路的连接方式具有多样性，设计电路更加方便。

图8是本申请第四实施例的电能发射电路的示意图。如图8所示，本实施例的电能发射电路与图6中的电能发射电路区别在于，在本申请实施例中，被测电容Cs1上未并联电阻。其它所有电容Cs2和Cs3上均并联连接了一个电容。其它电路(包括逆变器81、峰值检测电路82和控制器83等电路及电路元件)的连接方式及工作方式均与图6所示的电能发射电路类似，在此不再赘述。

在本实施例中采用电容Cs1作为被测电容。应理解，电容Cs2和Cs3也可作为被测电容，但是被测电容上不并联电阻，其它所有电容上必须并联有电阻。

由于电容Cs2和电容Cs3上分别并联有电阻R2和R3，因此，电能发射电路中电流的直流偏置从R2和R3中流过，因此该直流偏置是固定的，从而使得解调电路82能够通过检测电容Cs1的电压解调出用于表征电能接收电路的状态信息的解调信号。

其中，电阻R1和R2的阻值被配置为使得解调电压在预定的直流偏置电压范围内，也即使得电阻R1和/或R2和/或R3的阻值远小于解调电路82的等效非线性阻抗，以减小或消除解调电路82对于直流偏置电压的影响，从而使得峰值检测电路821能够较为准确地获取解调电压。其中，解调电压用于表征电容Cs1的电压。

在本申请实施例中，电能发射电路可以包括多个线圈、一个第一电容(也即被测电容)、N个第二电容以及至少一个电阻，N大于或等于1。其中，线圈、第一电容和第二电容以相互隔离的方式串联连接，因此线圈的数量可以为N个也可以为N+1个。

进一步地，至少一个电阻与第一电容并联。在第一种可选的实施方式中，电阻的数量为1，第二电容的数量也为1时，该电阻可以并联连接在第一电容上，也可以并联连接在第二电容上。在电阻的数量为1，第二电容的数量大于1时，该电阻与第一电容并联连接。

在第二种可选的实施方式中，在电阻的数量大于1时，其中一个电阻与第一电容并联，其它电阻分别与对应的第二电容并联。应理解，可以任意选择对应数量的第二电容分别与剩余电阻并联连接。进一步地，当电阻的数量为N+1时，N+1个电阻分别与第一电容和N个第二电容并联连接。在第三种可选的实施方式中，电阻的数量为N时，N个电阻分别与N个第二电容并联连接。

在第一电容并联有电阻时，使得电能发射电路中电流的直流偏置从该电阻流过，而几乎不从解调电路中流过，因此，可以通过检测第一电容上的电压来较为准确地检测电能接收电路中的功率扰动。

在电阻的数量为N时，N个电阻分别与N个第二电容并联连接时，电能发射电路中电流的直流偏置从第二电容所并联的电阻中流过，因此该直流偏置是固定的，从而使得可以通过检测第一电容上的电压来较为准确地检测电能接收电路中的功率扰动。

进一步地，电能发射电路中所有与电容并联的电阻被配置为使得解调电压在预定的直流偏置电压范围内，也即使得电阻的阻值远小于解调电路的等效非线性阻抗，以减小或消除解调电路的非线性特性对电压检测的负面影响，从而使得峰值检测电路能够较为准确地获取解调电压，从而更精确地获取通信信号来控制逆变器，进而使得电能接收电路产生预设电压，提高无线充电装置的可靠性。其中，解调电压用于表征被测电容的电压。

图9是本申请实施例的无线充电装置的示意图。如图9所示，本申请实施例的无线充电装置包括电能发射电路1和电能接收电路2。其中，电能发射电路1被配置为以无线的方式发射电能，电能接收电路2被配置为以无线的方式接收电能。电能发射电路1可以采用上述任一个实施例或实施方式中的电能发射电路，在此不再赘述。

在一种实施方式中，电能接收电路2可以通过开关S按照反馈信息编码来短路负载以产生规律性的功率扰动，从而将电压、功率和温度等状态信息传输至电能发射电路1中。电能发射电路1通过检测电容Cs1上的电压来获取解调信号，并根据解调信号来控制逆变电路，以使得电能接收电路1产生预定的电压来对负载进行充电，从而提高了无线充电装置的可靠性。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电能发射电路，包括：

多个线圈；

1个第一电容；

N个第二电容，N大于或等于1；以及

至少一个电阻，分别与所述第一电容和/或所述第二电容并联；

解调电路，被配置为检测解调电压获取通信信号，所述解调电压用于表征所述第一电容的电压；

逆变电路，被配置为受控输出高频交流电；以及

控制器，被配置为根据所述通信信号控制所述逆变电路；

其中，所述线圈、第一电容和第二电容以相互间隔的方式串联。

2.根据权利要求1所述的电能发射电路，其特征在于，至少一个所述电阻与所述第一电容并联。

3.根据权利要求2所述的电能发射电路，其特征在于，所述电阻的数量为1，所述电阻与所述第一电容并联。

4.根据权利要求2所述的电能发射电路，其特征在于，所述电阻的数量大于1，其中一个所述电阻与所述第一电容并联，其它电阻分别与对应的所述第二电容并联。

5.根据权利要求1所述的电能发射电路，其特征在于，所述电阻的数量为N，N个所述电阻分别与N个所述第二电容并联。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电能发射电路，其特征在于，所述线圈的数量为N或N+1。

7.根据权利要求1所述的电能发射电路，其特征在于，所述电阻的阻值被配置为使得所述解调电压在预定的直流偏置电压范围内。

8.根据权利要求7所述的电能发射电路，其特征在于，所述解调电路包括：

峰值检测电路，与所述第一电容连接，被配置为获取所述解调电压并检测所述解调电压的峰值信号；

放大电路，与所述峰值检测电路连接，被配置为通过放大所述峰值信号生成所述通信信号。

9.一种电路模块，包括：

多个线圈；

一个第一电容；

N个第二电容，N大于或等于1；以及至少一个电阻，分别与所述第一电容和/或所述第二电容并联；

其中，所述线圈、第一电容和第二电容以相互间隔的方式串联。

10.一种无线充电装置，包括：

如权利要求1-9中任一项所述的电能发射电路；以及

电能接收电路，被配置为产生预设电压给负载供电。