CN111769657A - 无线充电接收电路及无线充电接收装置 - Google Patents

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刘志成
宋永红
熊志刚
温锡奎
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Abstract

本发明提供一种无线充电接收电路及无线充电接收装置，该无线充电接收电路包括并联谐振电路和单管整流电路；所述并联谐振电路的输出端与所述单管整流电路的输入端连接，所述单管整流电路的输出端经一充电管理模块与负载连接。本发明的技术方案，旨在节省电子产品的空间，降低电子产品的成本。

Description

无线充电接收电路及无线充电接收装置
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别涉及一种无线充电接收电路及无线充电接收装置。
背景技术
无线充电系统往往包括无线充电发射电路和无线充电接收电路，在一种实现方式中，无线充电发射电路和无线充电接收电路之间可以通过磁感应方式进行无线能量传输。
目前，无线充电接收电路往往采用串联谐振与桥式整流相结合的方式对接收到的能量进行处理，但是，采用串联谐振与桥式整流相结合的方式进行能量处理，所需要的元器件数量多。而对于小型化电子产品而言，元器件数量过多会占用小型化电子产品过多的空间，且会增加小型化电子产品的成本。
发明内容
本发明提供一种无线充电接收电路及无线充电接收装置，旨在节省电子产品的空间，降低电子产品的成本。
为实现上述目的，本发明提出一种无线充电接收电路，包括并联谐振电路和单管整流电路；
所述并联谐振电路的输出端与所述单管整流电路的输入端连接，所述单管整流电路的输出端经一充电管理模块与负载连接；
所述并联谐振电路，用于接收无线充电发射电路发射的交流电能并传输至所述单管整流电路；
所述单管整流电路，用于将所述交流电能转为直流电能并经所述充电管理模块为所述负载充电。
可选地，所述并联谐振电路包括第一电感和第一电容；
所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端与所述单管整流电路的输入端连接；所述第一电感的第二端及所述第一电容的第二端接地。
可选地，所述单管整流电路包括整流二极管；
所述整流二极管的正极与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接，所述整流二极管的负极经所述充电管理模块与所述负载连接。
可选地，所述单管整流电路包括驱动模块和第一晶体管；
所述第一晶体管的第一连接端与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接；所述第一晶体管的第二连接端经所述充电管理模块与所述负载连接，所述第一晶体管的受控端与所述驱动模块的输出端连接。
可选地，所述无线充电接收电路还包括调制电路和控制器；
所述调制电路的第一端与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接；所述调制电路的第二端接地，所述调制电路的受控端与所述控制器的输出端连接。
可选地，所述调制电路包括第三电容和第二晶体管；
所述第三电容的第一端与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接；所述第三电容的第二端与所述第二晶体管的第一连接端连接；
所述第二晶体管的第二连接端接地，所述第二晶体管的受控端与所述控制器的输出端连接。
可选地，所述无线充电接收电路还包括充电管理模块；
所述单管整流电路、所述调制电路以及所述充电管理模块集成于一体，构成一集成电路。
可选地，所述第一晶体管为绝缘栅双极型晶体管，所述第二晶体管为N型金氧半场效晶体管或者P型金氧半场效晶体管。
可选地，所述无线充电接收电路还包括第二电容；
所述第二电容的第一端与所述单管整流电路的输出端连接，所述第二电容的第二端接地。
为实现上述目的，本发明还提出一种无线充电接收装置，所述无线充电接收装置包括如上任一项所述的无线充电接收电路。
本发明的技术方案，通过并联谐振电路与单管整流电路相结合的方式接收交流电能并转为直流电能后，再经充电管理模块为后端的负载充电；如此设置，使得该无线充电接收电路所需要的元器件数量少，电路结构简单，有利于节省电子产品的空间，降低电子产品的成本。
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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明无线充电接收电路一实施例的结构框图；
图2为本发明无线充电接收电路一实施例的电路结构示意图；
图3为本发明无线充电接收电路另一实施例的电路结构示意图；
图4为本发明无线充电接收电路另一实施例的结构框图；
图5为图4中调制电路一实施例的电路结构示意图；
图6为本发明无线充电接收电路又一实施例的电路结构示意图。
附图标号说明：
10 并联谐振电路 20 单管整流电路
30 充电管理模块 40 负载
50 调制电路 60 控制器
201 驱动模块 70 集成电路
L1 第一电感 D1 整流二极管
C1 第一电容 C2 第二电容
C3 第三电容 S1 第一晶体管
S2 第二晶体管
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
图1为本发明无线充电接收电路一实施例的结构框图。
参照图1，该无线充电接收电路包括并联谐振电路10和单管整流电路20；该并联谐振电路10的输出端与该单管整流电路20的输入端连接，而单管整流电路20的输出端经一充电管理模块30与待充电的负载40连接。
该并联谐振电路10，可由并联的电感和电容构成。无线充电系统包括耦合设置的无线充电发射电路和无线充电接收电路。该无线充电接收电路中的并联谐振电路10则用于将无线充电发射电路发射的交流电能传输至该单管整流电路20。其中，根据无线充电发射电路的频率合理设置并联谐振电路10的谐振频率，可以获得合适的增益，这有利于保证电路的稳定性，提高充电效率。
该单管整流电路20，用于通过其内部的整流元器件将并联谐振电路10所输出的交流电能整流为直流电能，并通过该充电管理模块30为负载40充电。
该无线充电接收电路还包括充电管理模块30，该充电管理模块30包括用于起稳压作用的稳压模块，例如低压差线性稳压器、线性充电模块。
具体的，通过并联谐振电路10接收无线充电发射电路发射的交流电能，并将所接收到的交流电能传输至单管整流电路20进行整流，最后通过充电模块模块30为待充电负载40充电，该待充电负载40可以是可充电电池。由于该无线充电接收电路采用由电感和电容并联组成的并联谐振电路10接收交流电能，因此，输出至负载40的电能则可以由电感提供，而电容则可以不直接参与负载40的能量提供，所以，后端用于整流的电路模块则可以采用单管整流，例如，采用单个整流二极管进行半波整流或者采用单个绝缘栅双极型晶体管进行同步整流。如此设置，对于小功率小型化电子产品如TWS蓝牙耳机、手表、手环等而言，电路结构简单，所需要的元器件数量少，可以大大节省电子产品的空间，降低电子产品的成本，提高电子产品的市场竞争力。
本发明的技术方案，通过并联谐振电路10与单管整流电路20相结合的方式接收交流电能并转为直流电能，再经充电管理模块30为后端的负载40充电；如此设置，使得该无线充电接收电路所需要的元器件数量少，电路结构简单，这有利于节省电子产品的空间，降低电子产品的成本。
可选的，参照图2至图5，在一实施例中，该并联谐振电路10包括第一电感L1和第一电容C1；该第一电感L1的第一端与该单管整流电路20的输入端连接，该第一电感L1的第二端接地；该第一电容C1的第一端与该单管整流电路20的输入端连接，该第一电容C1的第二端接地。
本实施例中，通过并联的第一电感L1和第一电容C1构成无线充电接收电路的谐振网络，以接收无线充电发射电路所发射的交流电能。其中，输出至负载30的电能由第一电感L1提供，第一电容C1不直接参与负载40的能量提供，因此，后端用于整流的电路模块则可以采用单管整流，例如，采用单个整流二极管进行半波整流或者单个绝缘栅双极型晶体管进行同步整流，如此设置，电路结构简单，所需要用到的元器件数量少，整个电路成本降低。
可选的，参照图2，在一实施例中，该单管整流电路20包括整流二极管D1；该整流二极管D1的正极与该第一电感L1的第一端连接，且该整流二极管D1的正极与该第一电容C1的第一端连接，该整流二极管D1的负极经该充电管理模块30与待充电的负载40连接。
整流二极管D1是一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。本实施例中，由于并联谐振电路10接收到的交流电能由第一电感L1输出，而第一电容C1不直接参与负载的能量提供，因此，本实施例中的单管整流电路20可以采用单个整流二极管D1进行半波整流来产生脉动直流电能，再经充电管理模块30为后端负载40充电。而采用单个整流二极管D1进行半波整流，相比于桥式整流而言，可以极大的减少电路的元器件，降低电路成本。
可选的，参照图3，在一实施例中，该单管整流电路20包括驱动模块201和第一晶体管S1；该第一晶体管S1的第一连接端与该第一电感L1的第一端连接，且该第一晶体管S1的第一连接端与该第一电容C1的第一端连接；该第一晶体管S1的第二连接端经充电管理模块30与该负载40连接，而该第一晶体管S1的受控端与驱动模块201的输出端连接。
该驱动模块201，用于驱动第一晶体管S1导通或者关断。
该第一晶体管S1可以采用通态电阻极低的专用功率电压控制型器件，可选的，该第一晶体管S1可以为绝缘栅双极型晶体管，例如N沟道增强型绝缘栅双极晶体管或者P沟道增强型绝缘栅双极晶体管。
本实施例采用第一晶体管S1进行同步整流，将并联谐振电路10所输出的交流电能转为直流电能，可以极大减少整流损耗，提高转换效率。并且，采用单个第一晶体管S1进行同步整流，相比于桥式整流而言，可以极大的减少电路的元器件，降低电路成本。
可选的，在一实施例中，可以将第一晶体管S1如绝缘栅双极型晶体管和驱动模块201，以及充电管理模块30设计为集成电路，即将第一晶体管S1、驱动模块201和充电管理模块30集成在一起，以减小电路尺寸，进一步节省电子产品的空间。
可选的，参照图4，在一实施例中，该无线充电接收电路还包括调制电路50和控制器60；该调制电路50的第一端与该第一电感L1的第一端连接，且该调制电路50的第一端与该第一电容C1的第一端连接；该调制电路50的第二端接地，而调制电路50的受控端与控制器60的输出端连接。
该调制电路50，用于实现无线充电接收电路与无线充电发射电路的单向通讯功能。
该控制器60，可以是单片机、DSP或者FPGA等微处理器，该控制器60，用于为调制电路50提供脉冲信号。
具体的，为了将无线充电接收电路的工作状态，例如无线充电接收电路接收到的电压和电流反馈至无线充电发射电路而设置调制电路50。具体而言，通过控制器60产生的脉冲信号来控制调制电路50周期性接入电路，通过调制电路50周期性接入电路来使整个无线充电接收电路在两个不同的阻抗间切换，无线充电接收电路的阻抗切换能够体现在无线充电发射电路侧的电压或者电流上，以供无线充电发射电路知道无线充电接收电路所接收到的电压和电流的大小，进而执行相应操作，例如，执行稳压、恒流或者功率控制等操作。
可选的，参照图5，在一实施例中，该调制电路50包括第三电容C3和第二晶体管S2；该第三电容C3的第一端与该第一电感L1的第一端连接，且该第三电容C3的第一端与该第一电容C1的第一端连接；该第三电容C3的第二端与该第二晶体管S2的第一连接端连接；该第二晶体管S2的第二连接端接地，而第二晶体管S2的受控端与控制器60的输出端连接。
该第二晶体管S2可以为N型金氧半场效晶体管或者P型金氧半场效晶体管。
本实施例通过控制器60产生的脉冲信号来控制第二晶体管S2周期性导通，在第二晶体管S2导通时，第三电容C3接入电路起阻抗变换作用。在第二晶体管S2关断时，第三电容C3开路。如此一来，整个无线充电接收电路则在两个不同的阻抗间切换，无线充电接收电路的阻抗切换能够体现在无线充电发射电路侧的电压或者电流上，以供无线充电发射电路知道无线充电接收电路所接收到的电压和电流的大小，进而执行相应操作，例如，执行稳压、恒流或者功率控制灯操作。
可选的，参照图2至图5，在一实施例中，该无线充电接收电路还包括第二电容C2；该第二电容C2的第一端与该单管整流电路20的输出端连接，而第二电容C2的第二端接地。
该第二电容C2为滤波电容，用以平稳输出，降低交变脉动波纹对电路的影响，同时还可吸收电路工作过程中产生的电流波动和干扰，使得电路的工作性能更加稳定。
在一实施例中，参照图6，该无线充电接收电路还包括充电管理模块30，该充电管理模块30包括用于起稳压作用的稳压模块，例如低压差线性稳压器以及线性充电模块；而单管整流电路20的输出端经该充电管理模块30与待充电的负载40连接。
为了进一步减小电路尺寸，节省电子产品的空间，本实施例将单管整流电路20、调制电路50以及充电管理模块30设计为集成电路70，即将单管整流电路20、调制电路50以及充电管理模块30集成于一体。
当然，在其他实施例中，也可以将单管整流电路20与充电管理模块30两个电路模块设计为一集成电路，来达到减小电路尺寸，节省电子产品空间的目的。
本发明还提供一种无线充电接收装置，所述无线充电接收装置包括如上所述的无线充电接收电路。该无线充电接收电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明的无线充电接收装置中使用了上述无线充电接收电路，因此，本发明无线充电接收装置的实施例包括上述无线充电接收电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线充电接收电路，其特征在于，包括并联谐振电路和单管整流电路；
所述并联谐振电路的输出端与所述单管整流电路的输入端连接，所述单管整流电路的输出端经一充电管理模块与负载连接；
所述并联谐振电路，用于接收无线充电发射电路发射的交流电能并传输至所述单管整流电路；
所述单管整流电路，用于将所述交流电能转为直流电能并经所述充电管理模块为所述负载充电。
2.如权利要求1所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述并联谐振电路包括第一电感和第一电容；
所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端与所述单管整流电路的输入端连接；所述第一电感的第二端及所述第一电容的第二端接地。
3.如权利要求2所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述单管整流电路包括整流二极管；
所述整流二极管的正极与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接，所述整流二极管的负极经所述充电管理模块与所述负载连接。
4.如权利要求2所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述单管整流电路包括驱动模块和第一晶体管；
所述第一晶体管的第一连接端与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接；所述第一晶体管的第二连接端经所述充电管理模块与所述负载连接，所述第一晶体管的受控端与所述驱动模块的输出端连接。
5.如权利要求4所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述无线充电接收电路还包括调制电路和控制器；
所述调制电路的第一端与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接；所述调制电路的第二端接地，所述调制电路的受控端与所述控制器的输出端连接。
6.如权利要求5所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述调制电路包括第三电容和第二晶体管；
所述第三电容的第一端与所述第一电感的第一端及所述第一电容的第一端连接；所述第三电容的第二端与所述第二晶体管的第一连接端连接；
所述第二晶体管的第二连接端接地，所述第二晶体管的受控端与所述控制器的输出端连接。
7.如权利要求6所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述无线充电接收电路还包括充电管理模块；
所述单管整流电路、所述调制电路以及所述充电管理模块集成于一体，构成一集成电路。
8.如权利要求6所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述第一晶体管为绝缘栅双极型晶体管，所述第二晶体管为N型金氧半场效晶体管或者P型金氧半场效晶体管。
9.如权利要求1-8任一项所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述无线充电接收电路还包括第二电容；
所述第二电容的第一端与所述单管整流电路的输出端连接，所述第二电容的第二端接地。
10.一种无线充电接收装置，其特征在于，所述无线充电接收装置包括如权利要求1-9任一项所述的无线充电接收电路。
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