CN113972755B - 可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种原边线圈的补偿结构。一种可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，包括：一电源输入端；一原边电路，具有原边线圈；一副边电路，具有副边线圈；原边线圈具有两个，分别为第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈均与副边线圈存在磁场耦合；第一线圈与第一补偿元件并联形成第一谐振电路，第二线圈与第二补偿元件并联形成第二谐振电路，第一谐振电路与第二谐振电路串联后连接到电源输入端。本发明通过第一谐振电路和第二谐振电路的设计，当副边移走时，两个原边线圈电流可直接为零，实现了原边电路自动关断的目的。

Description

可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种原边线圈的补偿结构。
背景技术
无线充电技术源于无线电能传输技术可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。小功率无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电常采用谐振式，大部分电动汽车充电采用谐振式方式，通常由供电设备将能量传送至用电装置。由于供电设备与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此供电设备及用电装置都可以做到无导电接点外露。
无线充电技术包括多种方式，其中电磁感应式包括原边线圈和副边线圈，原边线圈具有一定频率的交流电，通过电磁感应在副边线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电解决方案就采用了电磁感应式。在现有的无线充电电路中，一旦副边线圈移走时，原边线圈依然继续工作，其电流非常大，容易使整个无线充电电路损坏。
发明内容
本发明针对电磁感应式的无线充电电路中，没有副边线圈场景下，无线充电电路容易损坏的技术问题，目的在于提供一种可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构。
一种可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，包括：一电源输入端；一原边电路，具有原边线圈；一副边电路，具有副边线圈；
所述原边线圈具有两个，分别为第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈均与所述副边线圈存在磁场耦合；
所述第一线圈与第一补偿元件并联形成第一谐振电路，所述第二线圈与第二补偿元件并联形成第二谐振电路，所述第一谐振电路与所述第二谐振电路串联后连接到所述电源输入端。
所述第一补偿元件为电容器。
所述第一线圈与所述第一补偿元件在开关频率谐振，即：
其中，ω为工作角频率，ω＝2πf，f为工作频率，L1为所述第一线圈的自感，C1为所述第一补偿元件的电容值。
当所述第一线圈的自感小于所述第二线圈的自感时，所述第二补偿元件为电容器。
当所述第一线圈的自感大于所述第二线圈的自感时，所述第二补偿元件为电感器。
所述第二线圈与所述第一补偿元件、所述第二补偿元件在开关频率谐振，即：
其中，ω为工作角频率，ω＝2πf，f为工作频率，L2为所述第二线圈的自感，C1为所述第一补偿元件的电容值，X2为所述第二补偿元件在工作频率的电抗值。
所述第一线圈与所述第二线圈之间存在磁场耦合。
所述第一线圈与所述第二线圈处于同一层结构，所述第一线圈位于所述第二线圈的内侧或外侧。
所述第一线圈与所述第二线圈处于两层结构，所述第一线圈位于所述第二线圈的上方或下方。
所述第一线圈与所述第二线圈之间存在解耦。
所述第一线圈与所述第二线圈通过部分线圈交叠实现解耦。
本发明的积极进步效果在于：本发明采用可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，通过第一谐振电路和第二谐振电路的设计，当副边移走时，两个原边线圈电流可直接为零，实现了原边电路自动关断的目的。另外，原边电路中，当其中一个原边线圈作为主要的功率发射线圈时，另一个原边线圈具有高阻抗，从而减少了主发射线圈中的电流和损耗。
附图说明
图1为本发明的一种电路结构示意图；
图2为本发明的一种线圈结构；
图3为本发明的另一种线圈结构；
图4为本发明的另一种线圈结构。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图1至图4，一种可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，包括：电源输入端、原边电路100和副边电路200。
电源输入端(未示出)与原边电路100连接，为原边电路100供电，电源输入端输入的电源优选为高频电源。
副边电路200具有副边线圈W3，副边线圈W3的自感为L3，副边电路200可以通过补偿电路与用电装置连接(未示出)。
原边电路100具有两个原边线圈，分别为第一线圈W1和第二线圈W2。第一线圈W1的自感为L1，第二线圈W2的自感为L2。第一线圈W1和第二线圈W2均与副边线圈W3存在磁场耦合。
第一线圈W1与第二线圈W2之间可存在磁场耦合，即第一线圈W1与第二线圈W2的互感不为零。当第一线圈W1与第二线圈W2处于同一层结构时，第一线圈W1位于第二线圈W2的内侧或外侧。如图2中所示，第一线圈W1位于第二线圈W2的内侧。当第一线圈W1与第二线圈W2处于两层结构时，第一线圈W1位于第二线圈W2的上方或下方。如图3中所示，第一线圈W1位于第二线圈W2的下方。
第一线圈W1与第二线圈W2之间也可存在解耦，即第一线圈W1与第二线圈W2之间不存在磁场耦合，即第一线圈W1与第二线圈W2的互感为零。如图4中所示，第一线圈W1与第二线圈W2通过部分线圈交叠实现解耦。
参照图1，第一线圈W1与第一补偿元件并联形成第一谐振电路，第一补偿元件优选为电容器，该电容器的电容值为C1。第二线圈W2与第二补偿元件并联形成第二谐振电路，第二补偿元件在工作频率的电抗值为X2。当第一线圈W1的自感L1小于第二线圈W2的自感L2时，第二补偿元件为电容器。当第一线圈W1的自感L1大于第二线圈W2的自感L2时，第二补偿元件为电感器。第一谐振电路与第二谐振电路串联后连接到电源输入端。
第一线圈W1与第一补偿元件在开关频率谐振，即：
其中，ω为工作角频率，ω＝2πf，f为工作频率，L1为第一线圈W1的自感，C1为第一补偿元件的电容值。
第二线圈W2与第一补偿元件、第二补偿元件在开关频率谐振，即：
其中，ω为工作角频率，ω＝2πf，f为工作频率，L2为第二线圈W2的自感，C1为第一补偿元件的电容值，X2为第二补偿元件在工作频率的电抗值。
实施例一：
参照图1和图4，第一线圈W1、第二线圈W2分别与副边线圈W3存在磁场耦合，M13和M23均为互感值。第一线圈W1与第二线圈W2解耦，且L1<L2，设计第二线圈W2为主要的功率发射线圈。此时第一线圈W1的作用是在副边线圈W3相对第二线圈W2和第一线圈W1的偏移变大的时候，产生逐渐增加的阻抗，从而减小第二线圈W2中的电流和损耗。
副边线圈W3反射到第一线圈W1的阻抗为：
副边线圈W3反射到第二线圈W2的阻抗为：
因为L1<L2，则第二补偿元件是电容器，其电抗为：
从原边输入端看的总阻抗是：
当副边线圈W3移走，即M13＝0，ZR1的幅值变为无穷小，因此Zin的第一项变为无穷大，而Zin的第二项等于零，第二线圈W2上的电流也降到零，实现了原边电路的自动关断。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，包括：一电源输入端；一原边电路，具有原边线圈；一副边电路，具有副边线圈；
其特征在于，所述原边线圈具有两个，分别为第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈均与所述副边线圈存在磁场耦合；
所述第一线圈与第一补偿元件并联形成第一谐振电路，所述第二线圈与第二补偿元件并联形成第二谐振电路，所述第一谐振电路与所述第二谐振电路串联后连接到所述电源输入端；
所述第一补偿元件为电容器，所述第二线圈与所述第一补偿元件、所述第二补偿元件在开关频率谐振，即：
其中，ω为工作角频率，ω＝2πf，f为工作频率，L2为所述第二线圈的自感，C1为所述第一补偿元件的电容值，X2为所述第二补偿元件在工作频率的电抗值；
所述第一线圈与所述第一补偿元件在开关频率谐振，即：
其中，L1为所述第一线圈的自感；
当所述副边线圈移走时，所述原边电路自动关断。
2.如权利要求1所述的可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，其特征在于，当所述第一线圈的自感小于所述第二线圈的自感时，所述第二补偿元件为电容器。
3.如权利要求1所述的可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，其特征在于，当所述第一线圈的自感大于所述第二线圈的自感时，所述第二补偿元件为电感器。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，其特征在于，所述第一线圈与所述第二线圈之间存在磁场耦合。
5.如权利要求4所述的可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，其特征在于，当所述第一线圈与所述第二线圈处于同一层结构时，所述第一线圈位于所述第二线圈的内侧或外侧；
当所述第一线圈与所述第二线圈处于两层结构时，所述第一线圈位于所述第二线圈的上方或下方。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，其特征在于，所述第一线圈与所述第二线圈之间存在解耦。
7.如权利要求6所述的可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构，其特征在于，所述第一线圈与所述第二线圈通过部分线圈交叠实现解耦。
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