CN109962501B - 一种无线接收端保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线接收端保护电路，应用于车载充电装置，所述无线接收端保护电路包括：接于LCCL结构的车载线圈电路的两个输出端之间的可控开关管；对整流桥的输出端进行电压采样，获取采样电压的电压采样电路；判断采样电压是否超出预设范围、输出判断信号的电压比较器；当所述判断信号为是，利用可控硅向可控开关管输出控制信号的控制电路；控制信号用于控制可控开关管闭合。本发明中采样电压超出预设范围时，控制电路利用可控硅输出控制信号，以控制可控开关管闭合，从而可控开关管将车载线圈电路的输出端短路，使车载线圈电路的输出端不再向整流桥输出电流，迅速切断过压现象，保护了与车载充电装置相关的一系列器件。

Description

一种无线接收端保护电路

技术领域

本发明涉及无线供电技术领域，特别涉及一种无线接收端保护电路。

背景技术

动态大功率的无线供电技术已经各类领域得到了广泛的应用，其中LCCL 拓扑结构在动态充电保护中的应用也得到了认可。但是无线供电系统中，由于接收端(也可称为车载端)电路为被动接收电路，一旦与之相关的车载电路或与充电线圈相关的外部环境发生突变，就会导致接收端电路出现过流、过载等现象，使接收端的各类元器件受到损害。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线接收端保护电路，以便能够控制车载线圈电路在过压时不向整流桥输出电流，保护与之相关的器件。其具体方案如下：

一种无线接收端保护电路，应用于车载充电装置，所述车载充电装置包括LCCL结构的车载线圈电路、输入端与所述车载线圈电路的两个输出端相连的整流桥，所述无线接收端保护电路包括：

接于所述车载线圈电路的两个输出端之间的可控开关管；

对所述整流桥的输出端进行电压采样，获取采样电压的电压采样电路；

判断所述采样电压是否超出预设范围、输出判断信号的电压比较器；

当所述判断信号为是，利用可控硅向所述可控开关管输出控制信号的控制电路；

所述控制信号用于控制所述可控开关管闭合。

优选的，所述控制电路具体包括控制端接收所述判断信号的所述可控硅、光耦合器、第一控制电阻、第二控制电阻，其中：

所述可控硅、所述光耦合器的发光器和所述第一控制电阻串联于第一电压源和接地端之间，所述可控硅与所述发光器的电流方向均为由所述第一电压源到所述接地端；

所述光耦合器的受光器的正极连接第二电压源；

所述第二控制电阻连接于所述受光器的负极与所述接地端之间；

所述受光器的负极的电压作为所述控制信号。

优选的，当所述可控开关管为继电器的常开触点，则所述控制电路还包括第一开关管、第三控制电阻以及对应所述常开触点的继电器线圈，其中：

所述第三控制电阻连接于所述受光器的负极与所述第一开关管的控制端之间；

所述第一开关管和所述继电器线圈串联于所述第三电压源和所述接地端之间。

优选的，还包括向所述控制电路输出动作信号的处理器，所述控制电路收到所述动作信号后输出所述控制信号。

优选的，所述处理器还用于向所述控制电路输出恢复信号；

所述控制电路收到所述恢复信号后将所述可控硅恢复为断流状态，以停止所述控制电路输出所述控制信号。

优选的，所述控制电路具体包括控制端接收所述判断信号的所述可控硅、光耦合器、第一控制电阻、第二控制电阻，其中：

所述可控硅、所述光耦合器的发光器和所述第一控制电阻串联于第一电压源和接地端之间，所述可控硅与所述发光器的电流方向均为由所述第一电压源到所述接地端；

所述光耦合器的受光器的正极连接第二电压源；

所述第二控制电阻连接于所述受光器的负极与所述接地端之间；

所述受光器的负极的电压作为所述控制信号；

所述可控硅的正极接收所述处理器的动作信号或恢复信号。

优选的，所述控制电路还包括第四电阻和第二开关管，其中：

所述第四电阻连接于所述处理器的输出端与所述第二开关管的控制端之间；所述第二开关管以相同方向与所述可控硅并联。

优选的，所述可控开关管具体为：

MOS管或IGBT管或继电器触点。

优选的，所述无线接收端保护电路还包括：

对所述整流桥的输出端进行电流采样，获取采样电流的电流采样电路；

判断所述采样电流是否超出预设范围、输出所述判断信号的电流比较器。

优选的，所述无线接收端保护电路还包括：

对所述车载充电装置进行温度采样，获取采样温度的温度采样电路；

判断所述采样温度是否超出预设范围、输出所述判断信号的温度比较器。

本发明公开了一种无线接收端保护电路，应用于车载充电装置，所述车载充电装置包括LCCL结构的车载线圈电路、输入端与所述车载线圈电路的两个输出端相连的整流桥，所述无线接收端保护电路包括：接于所述车载线圈电路的两个输出端之间的可控开关管；对所述整流桥的输出端进行电压采样，获取采样电压的电压采样电路；判断所述采样电压是否超出预设范围、输出判断信号的电压比较器；当所述判断信号为是，利用可控硅向所述可控开关管输出控制信号的控制电路；所述控制信号用于控制所述可控开关管闭合。本发明对整流桥的输出端进行电压采样，当采样电压超出预设范围时，控制电路利用可控硅向可控开关管输出控制信号，以控制可控开关管闭合，从而可控开关管将车载线圈电路的输出端短路，使车载线圈电路的输出端不再向整流桥输出电流，迅速切断过压现象，保护了与车载充电装置相关的一系列器件。

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为本发明实施例中一种无线接收端保护电路的结构分布图；

图2为本发明实施例中一种车载充电装置主回路的等效电路图；

图3为本发明实施例中另一种车载充电装置主回路的等效电路图；

图4为本发明实施例中一种具体的无线接收端保护电路的电路拓扑图；

图5为本发明实施例中另一种具体的无线接收端保护电路的电路拓扑图；

图6为本发明实施例中另一种无线接收端保护电路的结构分布图。

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。

本发明实施例公开了一种无线接收端保护电路，参见图1所示，应用于车载充电装置，所述车载充电装置包括LCCL结构的车载线圈电路11、输入端与所述车载线圈电路11的两个输出端相连的整流桥12，所述无线接收端保护电路包括：

接于所述车载线圈电路11的两个输出端之间的可控开关管K1；

对所述整流桥12的输出端进行电压采样，获取采样电压的电压采样电路 21；

判断所述采样电压是否超出预设范围、输出判断信号的电压比较器22；

当所述判断信号为时，利用可控硅向可控开关管K1输出控制信号的控制电路23；

所述控制信号用于控制所述可控开关管K1闭合。

其中，车载充电装置中的车载线圈电路11为LCCL谐振拓扑结构，包括L1、 L2、C1、C2，其中L2是接收线圈；整流桥12通常如图1中所示；除此之外，车载充电装置还会包括滤波电容C3，以使整流桥12输出的电压更加平稳。

当车载充电装置正常工作时，可控开关管K1打开，车载充电装置主回路的等效电路如图2所示，车载线圈电路11向负载RL输出电能。

当无线接收端保护电路判断到采样电压超出预设范围，控制电路23输出控制信号，可控开关管K1闭合，其等效电路如图3所示，这时车载线圈电路11 的两个输出端之间电压为0，实现了保护功能。

可以理解的是，本实施例的控制电路23中使用可控硅作为输出控制信号的具体硬件，可控硅存在以下特性：控制端收到脉冲使可控硅导通，但是不能关断其导通状态，当可控硅阳极和阴极间的电压过零，可控硅自行关断。由于该特性，本实施例中一旦采样电压超出预设范围，控制电路23利用可控硅持续输出控制信号，使可控开关管K1保持闭合状态，保护与整流桥12相连的器件不受过压影响。本发明实施例公开了一种无线接收端保护电路，应用于车载充电装置，所述车载充电装置包括LCCL结构的车载线圈电路、输入端与所述车载线圈电路的两个输出端相连的整流桥，所述无线接收端保护电路包括：接于所述车载线圈电路的两个输出端之间的可控开关管；对所述整流桥的输出端进行电压采样，获取采样电压的电压采样电路；判断所述采样电压是否超出预设范围、输出判断信号的电压比较器；当所述判断信号为是，利用可控硅向所述可控开关管输出控制信号的控制电路；所述控制信号用于控制所述可控开关管闭合。本发明对整流桥的输出端进行电压采样，当采样电压超出预设范围时，控制电路利用可控硅向可控开关管输出控制信号，以控制可控开关管闭合，从而可控开关管将车载线圈电路的输出端短路，使车载线圈电路的输出端不再向整流桥输出电流，迅速切断过压现象，保护了与车载充电装置相关的一系列器件。

本发明实施例公开了一种具体的无线接收端保护电路，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图4所示：

所述控制电路具体包括控制端接收所述判断信号的可控硅K2、光耦合器 OC、第一控制电阻R31、第二控制电阻R32，其中：

所述可控硅K2、所述光耦合器OC的发光器LED和所述第一控制电阻R31 串联于第一电压源V1和接地端GND之间，所述可控硅K2与所述发光器LED的电流方向均由所述第一电压源V1到所述接地端GND；

其中，可控硅K2与其他元件的串联，指的是产生可控硅K2的主电流的连接线路，也即阳极和阴极作为连接端与其他元件的串联。

具体的，本实施例中只规定了可控硅K2、光耦合器OC的发光器LED和第一控制电阻R31串联于第一电压源V1和接地端GND之间，但没有限制可控硅 K2、光耦合器OC的发光器LED和第一控制电阻R31的先后顺序，也就是说，既可以是第一控制电阻R31第一端接第一电压源V1，第二端接发光器LED的正极，发光器LED的负极接可控硅K2的第一端，可控硅K2的第二端与接地端 GND连接，如图4所示；也可以是发光器LED的正极接第一电压源V1，负极通过第一控制电阻R31和可控硅K2的第一端相连，可控硅K2的第二端与接地端 GND连接；还可以是可控硅K2的第一端连接第一电压源V1，第二端连接发光器LED的正极，发光器LED的负极通过第一控制电阻R31与接地端GND连接。除了本实施例中已经列举出来的方案外，还可以有其他多种方案，只要可控硅K2的控制端收到高电平的判断信号，使可控硅K2导通时，电流从第一电压源V1流出通过可控硅K2、光耦合器OC的发光器LED和第一控制电阻R31到接地端GND，使发光器LED有电流通过，能够与受光器D发生耦合即可，因此需要注意在接线时可控硅K2与发光器LED均按第一电压源V1到所述接地端 GND的方向连接。

进一步的，所述光耦合器OC的受光器D的正极连接第二电压源V2；所述第二控制电阻R32连接于所述受光器D的负极与所述接地端GND之间；所述受光器D的负极的电压作为所述控制信号。

可以理解的是，本实施例中并未限制可控开关管K1的类型，可控开关管 K1既可以是功率开关管如MOS管或IGBT管，也可以是继电器触点，各类可控开关管均可以配合相应的电路，由控制信号控制闭合或断开。

如果可控开关管K1为继电器的常开触点，控制电路23还包括第一开关管 Q1、第三控制电阻R33以及对于该常开触点的继电器线圈LC，其中：

第三控制电阻R33连接于受光器D的负极与第一开关管Q1的控制端之间；

第一开关管Q1和继电器线圈LC串联于第三电压源V3和接地端GND之间。

其中，第一开关管Q1与其他元件的串联，指的是产生第一开关管Q1的主电流的连接线路，也即阳极和阴极作为连接端与其他元件的串联。

可以理解的是，受光器D导通，第二控制电阻R32与第三控制电阻R33的连接点电压为第二电压源V2，第一开关管Q1的控制端为高电平，使得第一开关管Q1也导通。

所述第一开关管Q1和所述继电器线圈LC串联于所述第三电压源V3和所述接地端GND之间。

可以理解的是，第一开关管Q1导通时，电源由第三电压源V3通过继电器线圈LC和第一开关管Q1流向接地端GND，此时继电器线圈LC控制可控开关管K1闭合，使车载线圈电路11短路。

其中第一开关管Q1和继电器线圈LC的连接方式，既可以是第一开关管Q1 的第一端通过继电器线圈LC与第三电压源V3连接，第一开关管Q1的第二端与接地端GND连接；也可以是第一开关管Q1的第一端接第三电压源V3，第二端通过继电器线圈LC与接地端GND连接，只要保证第一开关管Q1导通状态时有电流流过继电器线圈LC即可。

更具体的，第一电压源V1、第二电压源V2和第三电压源V3的电压值根据无线接收端保护电路的各项参数进行选择，本实施例中第一电压源V1和第三电压源V3设为5V，第二电压源V2设为3.3V。

具体的，所述电压采样电路21具体包括串联于所述整流桥12的输出端之间的第一采样电阻R11和第二采样电阻R12，所述第一采样电阻R11与所述第二采样电阻R12的连接点的电压作为所述采样电压。

具体的，所述电压比较器22具体包括运放U1和相关的辅助电路，以实现比较采样电压和预设范围的目的。

可以理解的是，预设范围可以通过预设过压值体现，也可以通过预设欠压值体现，还可以是同时包括预设欠压值和预设过压值的预设电压带；图4中电压比较器22具体用于判断采样电压是否超出预设过压值Vref，也即判断车载线圈电路11是否过压；对线路进行改装，还可以判断采样电压是否小于预设欠压值，也即判断车载线圈11是否欠压；电压比较器22还可以采用其他的比较电路，只有采样电压在预设电压带中时无线接收端保护电路不需采取保护动作。

进一步的，所述无线接收端保护电路还可以包括：连接所述采样电路和所述电压比较器的电压跟随器24，电压跟随器24具体包括运放U2和相关的辅助电路，电压跟随器24输出的跟随信号一方面输入电压比较器22，另一方面还可以输入单片机进行信号处理编译为实时电压输入车载控制系统。

进一步的，所述控制电路23还可以包括第一二极管D1和第二二极管D2，其中：

所述第一二极管D1与所述继电器线圈LC反向并联；

所述第二二极管D2的正极接收所述判断信号，负极与所述可控硅K2的控制端相连。

可以理解的是，第一二极管D1和第二二极管D2起常规的电流保护作用。

本实施例中，以继电器的常开触点作为可控开关管K1为例，介绍了具体电路及其相关应用原理，其他类型的可控开关管K1的无线接收端保护电路的电路原理与之类似，参照上文描述即可。

本发明实施例公开了一种具体的无线接收端保护电路，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图5所示，所述无线接收端保护电路还包括：

向所述控制电路23输出动作信号的处理器25，所述控制电路25收到所述动作信号后输出所述控制信号。

进一步的，所述处理器25还用于向控制电路输出恢复信号；所述控制电路23收到所述恢复信号后将所述可控硅K2恢复为断流状态，以停止控制电路 23输出控制信号。

具体的，所述控制电路23具体包括控制端接收所述判断信号的可控硅K2、光耦合器OC、第一控制电阻R31、第二控制电阻R32，其中：

所述可控硅K2、所述光耦合器OC的发光器LED和所述第一控制电阻R31 串联于第一电压源V1和接地端GND之间，所述可控硅K2与所述发光器LED的电流方向均由所述第一电压源V1到所述接地端GND；

所述光耦合器OC的受光器D的正极连接第二电压源V2；

所述第二控制电阻R32连接于所述受光器D的负极与所述接地端GND之间；

所述受光器D的负极的电压作为所述控制信号；

所述可控硅K2的正极接收所述处理器的动作信号或恢复信号。

其中，本实施例中控制电路23的描述与上一实施例中相同，这一部分参照上一实施例即可。

进一步的，所述控制电路还包括第四电阻R34和第二开关管Q2，其中：

所述第四电阻R34的第一端接收所述处理信号，第二端连接所述第二开关管Q2的控制端；

所述第二开关管Q2以相同方向与所述可控硅K2并联。

当处理器25输出动作信号，该动作信号实际为保证第二开关管Q2持续导通的信号，第二开关管Q2持续导通，代替可控硅K2使第一电压源V1与接地端 GND之间导通，发光器LED有电流通过，与受光器D耦合，后续过程与上一实施例相同，最终可控开关管K1闭合。

在处理器25输出恢复信号之前，可控硅K2为导通状态，可控开关管K1闭合；当处理器25输出恢复信号，该恢复信号实际为保证第二开关管Q2短时间内导通的脉冲信号，当第二开关管Q2导通，可控硅K2的两端均接地，电位差为零，可控硅K2恢复原来断流状态，接着恢复信号消失，第二开关管Q2关断，发光器LED无电流通过，受光器D关断，控制电路23不再输出控制信号，可控开关管K1由原闭合状态恢复到断开状态。

可以理解的是，本实施例中存在两套电路保护方案，方案一是原本通过电压采样电路21、电压比较器22、控制电路23，以可控硅K2为主的电路保护，方案二是优先级更高的处理器25为主的电路保护，其中方案一中的电路保护必须由采样电压超出预设范围的条件触发，而方案二中的电路保护由处理器 25主导，处理器25输出动作信号的依据可以与方案一相同，由采样电压超出预设范围的条件触发，也可以人为设置程序，直接输出动作信号或恢复信号，在处理器25的人机交互界面加设虚拟按钮或设置物理开关，即可实现通过处理器25保护车载充电装置的动作，此时车载线圈11不会向整流桥12输出电流。

具体的，在开启无线充电器，汽车的BMS动力电池继电器没有吸合，也即无线充电系统IVU功率部分还未和汽车的动力电池连接，如果此时地面端开启了无线充电，发射线圈已经开始发出功率，也可以利用处理器25输出高电平的处理信号使可控开关管K1吸合。

可以理解的是，当这两套电路保护方案同时存在时，任一方案被触发都会实现电路保护，而要解除电路保护时，一般通过处理器25输出一个高电平脉冲，解除可控硅K2的导通状态，从而光耦合器OC中发光器LED熄灭，受光器D关断，第一开关管Q1关断，继电器线圈LC停止吸合可控开关管K1，可控开关管K1打开，电路保护解除。

本发明实施例公开了一种具体的无线接收端保护电路，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图6所示，

所述无线接收端保护电路还可以包括：

对所述整流桥的输出端进行电流采样，获取采样电流的电流采样电路26；

判断所述采样电流是否超出预设范围、输出判断信号的电流比较器27。

进一步的，所述无线接收端保护电路还可以包括：

对所述车载充电装置进行温度采样，获取采样温度的温度采样电路28；

判断所述采样温度是否超出预设范围、输出判断信号的温度比较器29。

具体的，温度采样电路28具体包括对车载线圈电路11的谐振环进行温度采集和/或对整流桥12进行温度采集。

可以理解的是，利用本实施例中的无线接收端保护电路，可以实现对车载充电装置的输出过压保护、输出过流保护、输出欠压保护、系统过温保护、线圈过温保护等等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等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操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

以上对本发明所提供的一种无线接收端保护电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种无线接收端保护电路，其特征在于，应用于车载充电装置，所述车载充电装置包括LCCL结构的车载线圈电路、输入端与所述车载线圈电路的两个输出端相连的整流桥，所述无线接收端保护电路包括：

接于所述车载线圈电路的两个输出端之间的可控开关管；其中，所述可控开关管具体为：MOS管或IGBT管或继电器触点；

对所述整流桥的输出端进行电压采样，获取采样电压的电压采样电路；

判断所述采样电压是否超出预设范围、输出判断信号的电压比较器；

当所述判断信号为是，利用可控硅向所述可控开关管输出控制信号的控制电路；

所述控制信号用于控制所述可控开关管闭合；

还包括向所述控制电路输出动作信号的处理器，所述控制电路收到所述动作信号后输出所述控制信号；

所述处理器还用于向所述控制电路输出恢复信号；

所述控制电路收到所述恢复信号后将所述可控硅恢复为断流状态，以停止所述控制电路输出所述控制信号；

所述无线接收端保护电路还包括：

对所述整流桥的输出端进行电流采样，获取采样电流的电流采样电路；

判断所述采样电流是否超出预设范围、输出所述判断信号的电流比较器；

对所述车载充电装置进行温度采样，获取采样温度的温度采样电路；其中，所述温度采样电路对所述车载线圈电路的谐振环进行温度采集和/或对所述整流桥进行温度采集；

判断所述采样温度是否超出预设范围、输出所述判断信号的温度比较器。

2.根据权利要求1所述无线接收端保护电路，其特征在于，所述控制电路具体包括控制端接收所述判断信号的所述可控硅、光耦合器、第一控制电阻、第二控制电阻，其中：

所述可控硅、所述光耦合器的发光器和所述第一控制电阻串联于第一电压源和接地端之间，所述可控硅与所述发光器的电流方向均为由所述第一电压源到所述接地端；

所述光耦合器的受光器的正极连接第二电压源；

所述第二控制电阻连接于所述受光器的负极与所述接地端之间；

所述受光器的负极的电压作为所述控制信号。

3.根据权利要求2所述无线接收端保护电路，其特征在于，当所述可控开关管为继电器的常开触点，则所述控制电路还包括第一开关管、第三控制电阻以及对应所述常开触点的继电器线圈，其中：

所述第三控制电阻连接于所述受光器的负极与所述第一开关管的控制端之间；

所述第一开关管和所述继电器线圈串联于第三电压源和所述接地端之间。

4.根据权利要求1所述无线接收端保护电路，其特征在于，所述控制电路具体包括控制端接收所述判断信号的所述可控硅、光耦合器、第一控制电阻、第二控制电阻，其中：

所述可控硅、所述光耦合器的发光器和所述第一控制电阻串联于第一电压源和接地端之间，所述可控硅与所述发光器的电流方向均为由所述第一电压源到所述接地端；

所述光耦合器的受光器的正极连接第二电压源；

所述第二控制电阻连接于所述受光器的负极与所述接地端之间；

所述受光器的负极的电压作为所述控制信号；

所述可控硅的正极接收所述处理器的动作信号或恢复信号。

5.根据权利要求4所述无线接收端保护电路，其特征在于，所述控制电路还包括第四电阻和第二开关管，其中：

所述第四电阻连接于所述处理器的输出端与所述第二开关管的控制端之间；所述第二开关管以相同方向与所述可控硅并联。