CN109494840A - 一种动态无线充电系统及其接收端电路及保护控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种动态无线充电系统中的接收端电路，包括：接收线圈模块，用于在接收端电路工作在系统谐振频率时，与发射端电路的发射线圈模块耦合以拾取能量；与接收线圈模块连接的整流模块，用于对接收线圈模块输出的交流电进行整流，以输出直流电至蓄电池；与整流模块连接的电压检测模块，用于检测整流模块输出的直流电压；与电压检测模块连接的接收端控制模块，用于在直流电压超出预设电压阈值时，调整整流模块的工作频率，令整流模块的工作频率不为系统谐振频率，以便发射端电路停止工作。本申请可防止蓄电池意外开路后直流电压的抬升，提高了产品的安全性能。本申请所提供的动态无线充电系统及其电路保护控制方法同样具有上述有益效果。

Description

一种动态无线充电系统及其接收端电路及保护控制方法

技术领域

本申请涉及无线充电技术领域，特别涉及一种动态无线充电系统及其接收端电路和电路保护控制方法。

背景技术

随着新能源技术在我国的迅速发展和广泛应用，动态无线充电技术日渐成熟并渐渐成为无线充电的重要发展方向。然而，在使用动态无线充电系统进行充电的过程中，很有可能会出现接收端的充电对象(如电动汽车中的蓄电池)突然断开的意外情况，由此会令现有技术中接收端的功率开关管因电压抬升而损坏，降低了产品经济效益。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方法是本领域技术人员所亟需重点关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种动态无线充电系统及其接收端电路和电路保护控制方法，以便在接收端的充电对象意外断开后对功率开关管进行有效保护，以避免故障发生而提高产品经济效益。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请公开了一种动态无线充电系统中的接收端电路，包括：

接收线圈模块，用于在所述接收端电路工作在系统谐振频率时，与发射端电路的发射线圈模块耦合以拾取能量；

与所述接收线圈模块连接的整流模块，用于对所述接收线圈模块输出的交流电进行整流，以输出直流电至蓄电池；

与所述整流模块连接的电压检测模块，用于检测所述整流模块输出的直流电压；

与所述电压检测模块连接的接收端控制模块，用于在所述直流电压超出预设电压阈值时，调整所述整流模块的工作频率，令所述整流模块的工作频率不为所述系统谐振频率，以便所述发射端电路停止工作。

可选地，所述接收线圈模块和所述发射线圈模块均为LCL拓扑结构。

可选地，所述整流模块为桥式可控整流电路。

可选地，所述电压检测模块包括电阻分压电路和比较器；所述电阻分压电路的输入端作为所述电压检测模块的输入端，所述电阻分压电路的输出端与所述比较器的正相输入端连接，所述比较器的反相输入端与基准电压连接，所述电压跟随电路的输出端作为所述电压检测模块的输出端。

可选地，所述接收端控制模块具体用于：在所述直流电压超出所述预设电压阈值时，将所述整流模块的工作频率调整为所述系统谐振频率的二倍。

可选地，所述接收端控制模块还用于：在所述调整所述整流模块的工作频率之后，生成告警信号以提示用户所述蓄电池开路。

第二方面，本申请还提供了一种动态无线充电系统，包括发射端电路以及如上所述的任一种接收端电路。

可选地，所述发射端电路包括：

逆变模块，用于将输入的直流电逆变为交流电；

与所述逆变模块连接的所述发射线圈模块，用于在所述发射端电路工作在所述系统谐振频率时，与所述接收线圈模块耦合以发射能量；

与所述逆变模块的输入端连接的电流检测模块，用于检测直流母线电流；

与所述电流检测模块连接的发射端控制模块，用于在所述直流母线电流因所述整流模块的工作频率不为所述系统谐振频率而下降至预设电流阈值时，控制所述发射端电路停止工作。

可选地，所述逆变模块为桥式可控逆变电路。

第三方面，本申请还提供了一种动态无线充电系统中的电路保护控制方法，应用于如上所述的任一种接收端电路中的所述接收端控制模块，包括：

获取所述电压检测模块的输出信号；

根据所述输出信号判断所述直流电压是否超出所述预设电压阈值；

若是，则调整所述整流模块的工作频率，令所述整流模块的工作频率不为所述系统谐振频率，以便所述发射端电路停止工作。

本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路包括：接收线圈模块，用于在所述接收端电路工作在系统谐振频率时，与发射端电路的发射线圈模块耦合以拾取能量；与所述接收线圈模块连接的整流模块，用于对所述接收线圈模块输出的交流电进行整流，以输出直流电至蓄电池；与所述整流模块连接的电压检测模块，用于检测所述整流模块输出的直流电压；与所述电压检测模块连接的接收端控制模块，用于在所述直流电压超出预设电压阈值时，调整所述整流模块的工作频率，令所述整流模块的工作频率不为所述系统谐振频率，以便所述发射端电路停止工作。可见，本申请通过监测整流模块所输出的直流电压的大小，可及时地检测出蓄电池意外开路的故障情况，并通过调整整流模块的工作频率以中断接收线圈模块与发射线圈模块的耦合谐振，令发射端电路因处于空载状态而停止能量输出，从而有效防止了整流模块的直流电压继续抬升和器件损坏，提高了产品的安全性能和经济效益。本申请所提供的动态无线充电系统及其电路保护控制方法同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，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，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请所提供的一种动态无线充电系统中的接收端电路的结构框图；

图2为本申请所提供的接收端电路在一具体实施方式中的电路结构图；

图3为本申请所提供的接收端电路中的电压检测模块在一具体实施方式中的电路结构图；

图4为本申请所提供的一种动态无线充电系统中的发射端电路的结构框图；

图5为本申请所提供的动态无线充电系统在一具体实施方式中的电路结构图；

图6为本申请所提供的一种动态无线充电系统中的电路保护控制方法的流程图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种动态无线充电系统及其接收端电路和电路保护控制方法，以便在接收端的充电对象意外断开后对功率开关管进行有效保护，以避免故障发生而提高产品经济效益。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

动态无线充电系统一般从结构上可分为发射端电路和接收端电路两部分。发射端电路利用发射线圈模块可将来自市电电网或者清洁能源等的电能发射至附近的空间中，从而由接收端电路利用与发射线圈耦合谐振的接收线圈来拾取能量，以便进一步对待充电的蓄电池进行充电。

请参阅图1，图1为本申请所提供的一种动态无线充电系统中的接收端电路的结构框图，包括：

接收线圈模块11，用于在接收端电路工作在系统谐振频率时，与发射端电路的发射线圈模块耦合以拾取能量；

与接收线圈模块11连接的整流模块12，用于对接收线圈模块11输出的交流电进行整流，以输出直流电至蓄电池；

与整流模块12连接的电压检测模块13，用于检测整流模块12输出的直流电压；

与电压检测模块13连接的接收端控制模块14，用于在直流电压超出预设电压阈值时，调整整流模块12的工作频率，令整流模块12的工作频率不为系统谐振频率，以便发射端电路停止工作。

具体地，本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路中，设置有与整流模块12输出端连接的电压检测模块13，可实时监测整流模块12输出的直流电的直流电压。

在正常充电工作的情况下，整流模块12输出的直流电压基本是稳定在一定范围内的。而当作为充电负载的蓄电池在充电过程中意外开路(如用户误拔了蓄电池的连接线)后，整流模块12输出的直流电压便将不再被蓄电池的电池电压而钳制，此时在不进行任何处理的情况下，该直流电压将迅速抬升，当其升高到一定程度而高于整流模块12中开关管的安全电压时，便会造成开关管的损坏，严重时还会发生器件炸毁等事故。

为此，本申请利用了接收端控制模块14根据直流电压的上升情况而进行安全保护。具体地，电压检测模块13的输出端与接收端控制模块14连接，可监测直流电压的大小以将其与预设电压阈值进行比较，并输出比较结果至接收端控制模块14。若当前的直流电压大小超过预设电压阈值，则接收端控制模块14可改变整流模块12的工作频率，即改变接收端电路的工作频率，令接收端电路和发射端电路的工作频率不同，由此使得发射端电路停止能量发射，进而避免了直流电压的持续抬升，实现了对电路器件的安全保护。

具体地，系统谐振频率是动态无线充电系统正常充电工作中的一个重要参数。只有当发射端电路和接收端电路均工作在系统谐振频率时，发射端电路侧的能量才能正常的传输至接收端电路的一侧。对于接收端电路而言，除了电路中电感、电容等元器件的具体参数以外，决定其工作频率的主要就是整流电路12的工作频率。由此，接收端控制模块14可调整用于控制整流电路12中开关管通断的脉冲信号，将整流模块12的工作频率由正常充电时的系统谐振频率调整为其他数值，以便中断发射线圈模块与接收线圈模块11之间的耦合谐振，避免直流电压的继续抬升。此时的发射端电路便相当于进入了空载状态，其直流母线电流便自然下降，发射端控制模块便可控制发射端电路停止工作。

容易理解的是，若调整后的整流模块12的工作频率与系统谐振频率仍然较为接近，则还会有一定较低功率的能量传输，因此，理论上，调整后的整流模块的工作频率与系统谐振频率相差越大越好。至于具体的调整数值，本领域技术人员可结合实际使用限制条件而自行设置并实现。

本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路，包括接收线圈模块，用于在接收端电路工作在系统谐振频率时，与发射端电路的发射线圈模块耦合以拾取能量；与接收线圈模块连接的整流模块，用于对接收线圈模块输出的交流电进行整流，以输出直流电至蓄电池；与整流模块连接的电压检测模块，用于检测整流模块输出的直流电压；与电压检测模块连接的接收端控制模块，用于在直流电压超出预设电压阈值时，调整整流模块的工作频率，令整流模块的工作频率不为系统谐振频率，以便发射端电路停止工作。可见，本申请通过监测整流模块所输出的直流电压的大小，可及时地检测出蓄电池意外开路的故障情况，并通过调整整流模块的工作频率以中断接收线圈模块与发射线圈模块的耦合谐振，令发射端电路因处于空载状态而停止能量输出，从而有效防止了整流模块的直流电压继续抬升和器件损坏，提高了产品的安全性能和经济效益。

下面通过一具体实施方式对本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路进行进一步阐述，参考图2，图2为本申请所提供的接收端电路在一具体实施方式中的电路结构图。

作为一种优选实施例，本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路中，如图2所示，接收线圈模块11为LCL拓扑结构。当然，相应地，发射线圈模块也为LCL拓扑结构。

在上述内容的基础上，如图2所示，作为一种优选实施例，整流模块12为桥式可控整流电路。

其中，图2所示的桥式可控整流电路具体是利用MOS管实现的，当然，本领域技术人员也可以利用其它如三极管、IGBT等可控器件来实现，并且还可以采用其他结构的整流电路，本申请对此并不进行限定。

在上述内容的基础上，参照图3，图3为本申请所提供的电压检测模块在一具体实施方式中的电路结构图。如图3所示，作为一种优选实施例，本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路中，电压检测模块13包括电阻分压电路和比较器；电阻分压电路的输入端作为电压检测模块的输入端，电阻分压电路的输出端与比较器的正相输入端连接，比较器的反相输入端与基准电压Ref连接，电压跟随电路的输出端作为电压检测模块的输出端。

具体地，电阻分压电路的输入端与整流模块12的输出端连接，其中，第一电阻R1的一端可与整流模块12的正输出端连接，而第二电阻R2的一端可与整流模块12的负输出端连接。由此，若整流模块12的直流电压为Ud，则电阻分压电路的检测电压为U＝Ud*R2/(R1+R2)。比较器对检测电压U和基准电压Ref的相对大小进行比较判断，并输出对应的信号至接收端控制模块14。容易理解的是，本领域技术人员可根据实际应用中正常充电时Ud的大小范围而自行设计R2/(R1+R2)比值的大小；同时，基准电压Ref也取决于比值R2/(R1+R2)以及预设电压阈值Uth的大小：Ref＝Uth*R2/(R1+R2)。

在上述内容的基础上，作为一种优选实施例，本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路中，接收端控制模块14具体用于：在直流电压Ud超出预设电压阈值Uth时，将整流模块12的工作频率调整为系统谐振频率的二倍。

如前所述，调整后的整流模块12的工作频率可尽量远离系统谐振频率，考虑到相关器件的硬件限制条件，优选地，可将整流模块12的工作频率调整为系统谐振频率的二倍。

在上述内容的基础上，作为一种优选实施例，本申请所提供的动态无线充电系统中的接收端电路中，接收端控制模块14还用于：在调整整流模块12的工作频率之后，生成告警信号以提示用户蓄电池开路。

本申请还公开了一种动态无线充电系统，包括发射端电路以及如上所述的任一种接收端电路。

在上述内容的基础上，请参照图4，图4为本申请所提供的一种动态无线充电系统中的发射端电路的结构框图；包括：

逆变模块21，用于将输入的直流电逆变为交流电；

与逆变模块21连接的发射线圈模块22，用于在发射端电路工作在系统谐振频率时，与接收线圈模块11耦合以发射能量；

与逆变模块21的输入端连接的电流检测模块23，用于检测直流母线电流；

与电流检测模块23连接的发射端控制模块24，用于在直流母线电流因整流模块的工作频率不为系统谐振频率而下降至预设电流阈值时，控制发射端电路停止工作。

具体地，发射端电路中一般可利用电流检测模块23来检测直流母线电流Iin，由此，当发射端电路处于空载状态、直流母线电流Iin因而降低至预设电流阈值Ith时，发射端控制模块14便可以令发射端电路停止能量输出，并且具体可采用切断逆变模块21的直流电输入或者关断逆变模块21中的开关管等方式来令发射端电路停止工作。其中，可具体将预设电流阈值Ith设为发射端电路的空载损耗电流。

参照图5，图5为本申请所提供的动态无线充电系统在一具体实施方式中的电路结构图。

其中，优选地，逆变模块21为桥式可控逆变电路。此外，如图5所示，接收线圈模块11与发射线圈模块22可均为LCL拓扑结构，构成LCL-LCL的耦合谐振结构。

具体地，当接收线圈模块11与发射线圈模块22中断了耦合谐振后，谐振环中的电流Ip便会降低到一个较小值(同时直流母线电流Iin也减小)，几乎为零：

Ip＝J*(Ls*Lp*M/ω)*Ud；

其中，J为旋转因子，Ls为电感L1的电感值，Lp为电感L2的电感值，M为电感L1与电感L2的互感值，ω为系统谐振角频率。

进一步地，本申请还公开了一种动态无线充电系统中的电路保护控制方法，应用于如上所述的任一种接收端电路中的接收端控制模块。参照图6所示，该方法主要包括以下步骤：

S1：获取电压检测模块的输出信号。

S2：根据输出信号判断直流电压是否超出预设电压阈值；若是，则进入S3。

S3：调整整流模块的工作频率，令整流模块的工作频率不为系统谐振频率，以便发射端电路停止工作。

可见，本申请通过监测并判断整流模块所输出的直流电压的大小，可及时地检测出蓄电池意外开路的故障情况，并通过调整整流模块的工作频率以中断接收线圈模块与发射线圈模块的耦合谐振，可令发射端电路因处于空载状态而停止能量输出，从而有效防止了整流模块的直流电压继续抬升和器件损坏，提高了产品的安全性能和经济效益。

本申请所提供的动态无线充电系统及其电路保护控制方法的具体实施方式与上文所描述的动态无线充电系统中的接收端电路可相互对应参照，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动态无线充电系统中的接收端电路，其特征在于，包括：

接收线圈模块，用于在所述接收端电路工作在系统谐振频率时，与发射端电路的发射线圈模块耦合以拾取能量；

与所述接收线圈模块连接的整流模块，用于对所述接收线圈模块输出的交流电进行整流，以输出直流电至蓄电池；

与所述整流模块连接的电压检测模块，用于检测所述整流模块输出的直流电压；

与所述电压检测模块连接的接收端控制模块，用于在所述直流电压超出预设电压阈值时，调整所述整流模块的工作频率，令所述整流模块的工作频率不为所述系统谐振频率，以便所述发射端电路停止工作。

2.根据权利要求1所述的接收端电路，其特征在于，所述接收线圈模块和所述发射线圈模块均为LCL拓扑结构。

3.根据权利要求2所述的接收端电路，其特征在于，所述整流模块为桥式可控整流电路。

4.根据权利要求3所述的接收端电路，其特征在于，所述电压检测模块包括电阻分压电路和比较器；所述电阻分压电路的输入端作为所述电压检测模块的输入端，所述电阻分压电路的输出端与所述比较器的正相输入端连接，所述比较器的反相输入端与基准电压连接，所述电压跟随电路的输出端作为所述电压检测模块的输出端。

5.根据权利要求1至4任一项所述的接收端电路，其特征在于，所述接收端控制模块具体用于：在所述直流电压超出所述预设电压阈值时，将所述整流模块的工作频率调整为所述系统谐振频率的二倍。

6.根据权利要求5所述的接收端电路，其特征在于，所述接收端控制模块还用于：在所述调整所述整流模块的工作频率之后，生成告警信号以提示用户所述蓄电池开路。

7.一种动态无线充电系统，其特征在于，包括发射端电路以及如权利要求1至6任一项所述的接收端电路。

8.根据权利要求7所述的动态无线充电系统，其特征在于，所述发射端电路包括：

逆变模块，用于将输入的直流电逆变为交流电；

与所述逆变模块连接的所述发射线圈模块，用于在所述发射端电路工作在所述系统谐振频率时，与所述接收线圈模块耦合以发射能量；

与所述逆变模块的输入端连接的电流检测模块，用于检测直流母线电流；

与所述电流检测模块连接的发射端控制模块，用于在所述直流母线电流因所述整流模块的工作频率不为所述系统谐振频率而下降至预设电流阈值时，控制所述发射端电路停止工作。

9.根据权利要求8所述的动态无线充电系统，其特征在于，所述逆变模块为桥式可控逆变电路。

10.一种动态无线充电系统中的电路保护控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的接收端电路中的所述接收端控制模块，包括：

获取所述电压检测模块的输出信号；

根据所述输出信号判断所述直流电压是否超出所述预设电压阈值；

若是，则调整所述整流模块的工作频率，令所述整流模块的工作频率不为所述系统谐振频率，以便所述发射端电路停止工作。