CN110281787B - 一种无线充电设备及其保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子技术领域，提供了一种无线充电设备及其保护电路，无线充电设备包括无线功率发送模块和无线功率接收模块，无线功率发送模块包括第一控制模块和供电模块，功率接收模块包括第二控制模块和接收模块，保护电路包括电压比较模块、开关模块以及可控硅续流模块，当存在过压异常时，电压比较模块输出导通信号至开关模块，开关模块导通，以使可控硅续流模块导通；当可控硅续流模块导通后，接收模块的电压输出端的电压降低，第二控制模块失电停止工作，以使第二控制模块与第一控制模块的通讯中断；当第一控制模块检测到第一控制模块与第二控制模块的通讯中断时，输出停止供电指令至供电模块，以使供电模块停止工作，电路安全可靠且易于实现。

Description

一种无线充电设备及其保护电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种无线充电设备及其保护电路。
背景技术
电动车是指包括电动汽车和电动自行车在内的一种全部或部分依赖电力作为驱动能源的道路交通工具，电动车需要为蓄电池组进行充电以补充电能，通常是通过充换电柜对蓄电池进行充电。而目前电动自行车电池的充换电柜大多采用的是有线充电方式。有线充电方式需要经常插拔充电线，而充换电柜与蓄电池组之间的接插件寿命普遍在500`2000次左右，经常的插拔及大电流充电会造成接插件接触不良，接触电阻增大，造成接插件接触部分发热严重，严重影响充电柜及蓄电池组的使用寿命、导致接触不良甚至可能引起火灾等事故的发生。
为了解决上述问题，采用无线充电方式对蓄电池组进行充电的方法正好避免了接触式充电的缺点。但由于无线充电原理必须使无线功率接收端工作在恒流模式下，而恒流模式是不允许负载出现开路等异常情况的，异常情况下开路会造成后级电压升高进而损坏蓄电池组及充电设备。
综上所述，目前无线充电方式存在负载开路情况下会造成后级电压升高进而损坏蓄电池组及充电设备的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种无线充电设备及其保护电路，旨在解决目前无线充电方式存在负载开路情况下会造成后级电压升高进而损坏蓄电池组及充电设备的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种无线充电设备的保护电路，所述无线充电设备包括无线功率发送模块和无线功率接收模块，所述无线功率发送模块包括第一控制模块和供电模块，所述无线功率接收模块包括第二控制模块和接收模块，所述接收模块的电压输出端与负载连接，所述第一控制模块与所述第二控制模块通信连接；
所述保护电路包括电压比较模块、开关模块以及可控硅续流模块；
所述电压比较模块的输入端用于与所述接收模块的电压输出端连接，所述开关模块的控制端与所述电压比较模块的输出端连接，所述可控硅续流模块输入端与所述开关模块的输出端连接，所述可控硅续流模块的输出端用于与所述接收模块的电压输出端连接；
当存在过压异常时，所述电压比较模块输出导通信号至所述开关模块，所述开关模块导通，以使所述可控硅续流模块导通；当所述可控硅续流模块导通后，所述接收模块的电压输出端的电压降低，所述第二控制模块失电停止工作，以使所述第二控制模块与所述第一控制模块的通讯中断；当所述第一控制模块检测到所述第一控制模块与所述第二控制模块的通讯中断时，输出停止供电指令至所述供电模块，以使所述供电模块停止工作接收模块的电压输出端。
本发明实施例第二方面提供了一种无线充电设备，所述无线充电设备包括无线功率发送模块、与所述无线功率发送模块无线连接的无线功率接收模块以及上述保护电路。
本发明实施例提供的无线充电设备及其保护电路，通过保护电路在负载出现过压异常时会导致接收模块的电压输出端的输出电压突然变大，使得通过电压比较模块能够输出导通信号，以使开关模块导通，进而使得可控硅续流模块导通，以使可控硅续流模块的输出端处于大电流低电压状态，进而导致第二控制模块失电停止工作，使得无线功率发送模块和无线功率接收模块之间的通讯中断，而当检测到通讯中断后，无线功率发送模块会停止供电，进而形成闭环系统，有效保护无线功率接收模块在异常情况下开路或小负载引起的过压而造成蓄电池组(负载)及无线充电设备的损坏，该电路安全可靠，电路简单易于实现，能够有效地解决了目前存在负载开路情况下会造成后级电压升高进而损坏蓄电池组及充电设备的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的无线充电设备的保护电路的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的无线充电设备的保护电路的示例电路原理图；
图3位本发明实施例二提供的无线充电设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
本发明实施例为了无线充电方式存在负载开路情况下会造成后级电压升高进而损坏蓄电池组及充电设备的问题，提供了一种无线充电设备及其保护电路，通过保护电路在负载出现过压异常时会导致接收模块的电压输出端的输出电压突然变大，使得通过电压比较模块能够输出导通信号，以使开关模块导通，进而使得可控硅续流模块导通，以使可控硅续流模块的输出端处于大电流低电压状态，进而导致第二控制模块失电停止工作，使得无线功率发送模块和无线功率接收模块之间的通讯中断，而当检测到通讯中断后，无线功率发送模块会停止供电，进而形成闭环系统，有效保护无线功率接收模块在异常情况下开路或小负载引起的过压而造成蓄电池组(负载)及无线充电设备的损坏，该电路安全可靠，电路简单易于实现。
为了具体说明上述无线充电设备及其保护电路，以下结合具体实施例进行详细说明：
实施例一：
图1示出了本发明实施例一提供的无线充电设备的保护电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
请参阅图1，本发明实施例提供的一种无线充电设备的保护电路100，用于与无线充电设备的无线功率接收模块连接。上述无线充电设备包括无线功率发送模块200和无线功率接收模块300，无线功率发送模块200包括第一控制模块210和供电模块220，无线功率接收模块300包括第二控制模块310和接收模块320，接收模块320的输出端与负载(蓄电池包)连接，第一控制模块210与第二控制220模块通信连接。
保护电路100包括电压比较模块110、开关模块120以及可控硅续流模块130。
电压比较模块110的输入端用于与接收模块320的电压输出端连接，开关模块120的控制端与电压比较模块110的输出端连接，可控硅续流模块130输入端与开关模块120的输出端连接，可控硅续流模块130的输出端用于与接收模块320的电压输出端连接。
当存在过压异常时，电压比较模块110输出导通信号至开关模块120，开关模块120导通，以使可控硅续流模块130导通；当可控硅续流模块130导通后，接收模块320的电压输出端的电压降低，第二控制模块310失电停止工作，以使第二控制模块310与第一控制模块210的通讯中断；当第一控制模块210检测到第一控制模块210与第二控制模块310的通讯中断时，输出停止供电指令至供电模块220，以使供电模块220停止工作。
在具体应用中，上述第一控制模块210和第二控制模块310可以通过红外无线通信方式实现通信连接，也可以通过蓝牙实现通信连接，在此不加以限制。
在具体应用中，上述供电模块220通过谐振式电磁感应将电能传输至上述接收模块320，由接收模块320的电压输出端输出电压至负载(蓄电池包)，对蓄电池包进行充电。
在具体应用中，上述过压异常包括无线功率接收模块在异常情况下开路(负载开路)、由于接触不良引起负载变小而引起的过压异常以及其他原因导致的接收模块的电压输出端的输出电压升高的异常，在此不加以限制。需要说明的是，由于无线功率接收模块工作在恒流状态，在其负载开路或接触不良时，会导致接收模块的电压输出端的输出电压VDD升高，即存在过压异常。
在具体应用中，无线功率接收模块300的第二控制模块310是由接收模块320的电压输出端的输出电压VDD经过电源转换电路进行电源转换后得到的工作电源，工作电源为5V/3.3V的直流电源。
如图2所示，作为本发明一实施例，图2示出了本实施例的保护电路100的示例电路原理图。
请参阅图2，作为一种实现方式，电压比较模块110包括稳压二极管ZD1和第一电阻R1。
稳压二极管ZD1的负极用于与接收模块320的电压输出端连接，稳压二极管ZD1的正极与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端为电压比较模块的输出端。
在一个实施例中，为了实现更精准的过压保护，将上述稳压二极管ZD1更换成带精密基准的电压比较器，通过电压比较器输出电平信号，在对接收模块320的电压输出端输出的输出电压VDD进行分压后与精密的基准电压进行比较，并在输出电压VDD大于基准电压时输出导通控制信号(电平信号)至开关模块，以使开关模块导通。
在具体应用中，上述电压比较模块包括电压比较器和第一电阻；电压比较器的第一输入端与接收模块的电压输出端连接，电压比较器的第二输入端输入基准电压，电压比较器的输出端与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端为电压比较模块的输出端。
作为一种实施方式，上述开关模块120包括第二电阻R2、第一开关管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4、第二开关管Q2以及第五电阻R5。
第二电阻R2的第一端为开关模块的控制端，第二电阻R2的第二端接地，第一开关管Q1的第一端与第二电阻R2的第一端连接，第一开关管Q1的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第一开关管Q1的第三端接地，第三电阻R3的第二端与直流电源连接，第四电阻R4的第一端与第三电阻R3的第一端连接，第四电阻R4的第二端与第二开关管Q2的第一端连接，第二开关管Q2的第二端与直流电源连接，第二开关管Q2的第三端与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端为开关模块120的输出端。
在具体应用中，上述直流电源为+12V的直流电源。在具体应用中，上述+12V的直流电源是通过输出电压VDD经过电源转换电路进行转换后得到的直流电源。
第一开关管Q1为第一NPN型三极管，第一NPN型三极管Q1的基极为第一开关管Q1的第一端，第一NPN型三极管Q1的集电极为第一开关管Q1的第三端，第一NPN型三极管Q1的发射极第一开关管Q1的第三端。
第二开关管Q2为第二PNP型三极管，第二PNP型三极管Q2的基极为第二开关管Q2的第一端，第二PNP型三极管Q2的集电极为第二开关管Q2的第三端，第二PNP型三极管Q2的发射极第二开关管Q2的第二端。
作为一种实施方式，上述可控硅续流模块130包括可控硅整流器SCR1、第一电容C1以及第六电阻R6。
第一电容C1的第一端为可控硅续流模块130的输入端，第一电容C1的第二端接地，可控硅整流器SCR1的第一端与第一电容C1的第一端连接，可控硅整流器SCR1的第二端接地，可控硅整流器SCR1的第三端与第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6的第二端为可控硅续流模块130的输出端。
在具体应用中，上述可控硅整流器SCR1为单向可控硅整流器。由于可控硅整流器SCR1采用的单向可控硅整流器，只要触发导通就能一直维持导通状态，不需要触发信号一直存在，能够保证过压保护后不会由于输出电压VDD电压下降而直接恢复电压输出，造成打嗝现象。
以下结合工作原理和图2对上述过流保护电路作进一步说明：
当蓄电池组在充电过程中出现接触不良、开路等异常情况时，由于无线功率接收模块工作在恒流模式下，后接负载(蓄电池组)的开路(或接触不良)会造成接收模块的电压输出端的输出电压VDD升高，进而使得电压比较模块中的稳压二极管导通(或电压比较器输出控制电平),由于稳压二极管导通(或电压比较器输出控制电平)会使得第一开关管Q1导通，进而使得第二开关管Q2跟着导通，使得单向可控硅整流器SCR1处于导通状态，进而使得输出电压VDD降低至2V以下。由于无线功率接收模块的第二控制模块是通过输出电压提供工作电源，因此第二控制模块310失电不工作，中断与第一控制模块210的无线通讯连接，当无线功率发送模块的第一控制模块210检测到其与第二控制模块310的通讯中断时，第一控制模块210会控制供电模块关闭脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)的输出，进而使得无线功率发送模块的功率管关断，进而停止向无线功率接收模块供电，形成闭环控制系统。通过简单的保护电路实现纯硬件的过压保护，且该保护电路具有高可靠性，实现成本低本实施例提供的无线充电设备的保护电路，通过保护电路在负载出现过压异常时会导致接收模块的电压输出端的输出电压突然变大，使得通过电压比较模块能够输出导通信号，以使开关模块导通，进而使得可控硅续流模块导通，以使可控硅续流模块的输出端处于大电流低电压状态，进而导致第二控制模块失电停止工作，使得无线功率发送模块和无线功率接收模块之间的通讯中断，而当检测到通讯中断后，无线功率发送模块会停止供电，进而形成闭环系统，有效保护无线功率接收模块在异常情况下开路或小负载引起的过压而造成蓄电池组(负载)及无线充电设备的损坏，该电路安全可靠，电路简单易于实现，能够有效地解决了目前存在负载开路情况下会造成后级电压升高进而损坏蓄电池组及充电设备的问题。
实施例二：
本发明实施例二提供的无线充电设备10。上述无线充电设备10包括无线功率发送模块200、与所述无线功率发送模块200无线连接的无线功率接收模块300以及实施例一所述的保护电路100。
上述无线功率发送模块200包括第一控制模块210和供电模块220，上述功率接收模块300包括第二控制模块310、电源转换模块320和接收模块330，上述接收模块330的电压输出端与负载连接，所述第一控制模块210与所述第二控制模块310通信连接，所述保护电路100与所述电源转换模块320连接。
在具体应用中，上述第一控制模块210和第二控制模块310可以通过红外无线通信方式实现通信连接，也可以通过蓝牙实现通信连接，在此不加以限制。
在具体应用中，上述供电模块220通过谐振式电磁感应将电能传输至上述接收模块320，由接收模块320的电压输出端输出电压至负载(蓄电池包)，对蓄电池包进行充电。
在具体应用中，无线功率接收模块300的第二控制模块310是由接收模块320的电压输出端的输出电压VDD经过电源转换模块320进行电源转换后得到的工作电源，工作电源为5V/3.3V的直流电源。
需要说明的是，本发明实施例提供的无线充电设备，由于与本发明图1所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明图1所示方法实施例相同，具体内容可参见本发明图1所示方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
因此，本实施例提供的无线充电设备，同样能够通过保护电路在负载出现过压异常时会导致接收模块的电压输出端的输出电压突然变大，使得通过电压比较模块能够输出导通信号，以使开关模块导通，进而使得可控硅续流模块导通，以使可控硅续流模块的输出端处于大电流低电压状态，进而导致第二控制模块失电停止工作，使得无线功率发送模块和无线功率接收模块之间的通讯中断，而当检测到通讯中断后，无线功率发送模块会停止供电，进而形成闭环系统，有效保护无线功率接收模块在异常情况下开路或小负载引起的过压而造成蓄电池组(负载)及无线充电设备的损坏，该电路安全可靠，电路简单易于实现，能够有效地解决了目前存在负载开路情况下会造成后级电压升高进而损坏蓄电池组及充电设备的问题
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无线充电设备的保护电路，其特征在于，所述无线充电设备包括无线功率发送模块和无线功率接收模块，所述无线功率发送模块包括第一控制模块和供电模块，所述无线功率接收模块包括第二控制模块和接收模块，所述接收模块的电压输出端与负载连接，所述第一控制模块与所述第二控制模块通信连接；
所述保护电路包括电压比较模块、开关模块以及可控硅续流模块；
所述电压比较模块的输入端用于与所述接收模块的电压输出端连接，所述开关模块的控制端与所述电压比较模块的输出端连接，所述可控硅续流模块输入端与所述开关模块的输出端连接，所述可控硅续流模块的输出端用于与所述接收模块的电压输出端连接；
当存在过压异常时，所述电压比较模块输出导通信号至所述开关模块，所述开关模块导通，以使所述可控硅续流模块导通；当所述可控硅续流模块导通后，所述接收模块的电压输出端的电压降低，所述第二控制模块失电停止工作，以使所述第二控制模块与所述第一控制模块的通讯中断；当所述第一控制模块检测到所述第一控制模块与所述第二控制模块的通讯中断时，输出停止供电指令至所述供电模块，以使所述供电模块停止工作；
所述开关模块包括第二电阻、第一开关管、第三电阻、第四电阻、第二开关管以及第五电阻；
所述第二电阻的第一端为所述开关模块的控制端，所述第二电阻的第二端接地，所述第一开关管的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第一开关管的第三端接地，所述第三电阻的第二端与直流电源连接，所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述直流电源连接，所述第二开关管的第三端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端为所述开关模块的输出端；
所述可控硅续流模块包括可控硅整流器、第一电容以及第六电阻；
所述第一电容的第一端为所述可控硅续流模块的输入端，所述第一电容的第二端接地，所述可控硅整流器的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述可控硅整流器的第二端接地，所述可控硅整流器的第三端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端为所述可控硅续流模块的输出端；
所述可控硅整流器为单向可控硅整流器。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述电压比较模块包括稳压二极管和第一电阻；
所述稳压二极管的负极用于与所述接收模块的电压输出端连接，所述稳压二极管的正极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端为所述电压比较模块的输出端。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述电压比较模块包括电压比较器和第一电阻；
所述电压比较器的第一输入端与所述接收模块的电压输出端连接，所述电压比较器的第二输入端输入基准电压，所述电压比较器的输出端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端为所述电压比较模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关管为第一NPN型三极管，所述第一NPN型三极管的基极为所述第一开关管的第一端，所述第一NPN型三极管的集电极为所述第一开关管的第三端，所述第一NPN型三极管的发射极所述第一开关管的第三端。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第二开关管为第二PNP型三极管，所述第二PNP型三极管的基极为所述第二开关管的第一端，所述第二PNP型三极管的集电极为所述第二开关管的第三端，所述第二PNP型三极管的发射极所述第二开关管的第二端。
6.一种无线充电设备，其特征在于，所述无线充电设备包括无线功率发送模块、与所述无线功率发送模块无线连接的无线功率接收模块以及如权利要求1至5任意一项所述的保护电路。
7.根据权利要求6所述的无线充电设备，其特征在于，所述无线功率发送模块包括第一控制模块和供电模块，所述功率接收模块包括第二控制模块、电源转换模块和接收模块，所述接收模块的电压输出端与负载连接，所述第一控制模块与所述第二控制模块通信连接；所述保护电路与所述电源转换模块连接。
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