CN204578220U - 无线电力传输装置和包括无线电力传输装置的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无线电力传输装置和包括无线电力传输装置的设备；所述无线电力传输装置包括：功率发射器，适于将直流电源输入转换成电磁能输出；和功率接收器，与所述功率发射器电磁耦合，适于接收从所述功率发射器输出的电磁能。所述功率发射器包括：波形发生电路，适于根据所述直流电源输入产生具有预定频率的方波控制信号；开关控制驱动电路，与所述波形发生电路电连接，用于根据接收到的方波控制信号将所述直流输入转换成交变的电信号；和第一线圈耦合电路，与所述开关控制驱动电路电连接，用于将从所述开关控制驱动电路输出的交变的电信号转换成电磁能。在本实用新型中，采用了通用的控制驱动芯片，大幅度地降低了控制模块的成本，而且也使控制模块的整体尺寸变小。

Description

无线电力传输装置和包括无线电力传输装置的设备

技术领域

本实用新型涉及一种通过电磁耦合来实现电力的无线传输的无线电力传输装置以及包括该无线电力传输装置的设备。

背景技术

通过电磁耦合来实现电力的无线传输的无线电力传输装置包括功率发射器和功率接收器。功率发射器适于将输入的直流电流转换成电磁能输出，功率接收器适于接收从功率发射器输出的电磁能，并将该电磁能转换成设定的电压输出。

在现有技术中，无线电力传输装置一般是按照Qi标准来设计的，前述Qi标准是一种由无线充电联盟(Wireless Power Consortium)所制定的短距离低功率无线感应式电力传输的互连标准，主要目的是提供移动电话手机与其他便携式电子设备便利与通用的无线充电。

但是，在前述Qi标准中，电路功能复杂，电路控制需要专门的定制芯片来实现，而且控制电路模块尺寸大，电路设计成本高，目前只能应用于高端的消费类电子设备，如针对手机产品的无线充电应用。

另外，在现有技术中，对于使用H桥芯片设计的线圈感应式无线供电装置，电路设计集成度低，需要外接相应的逻辑控制芯片；而且电路控制复杂，需要考虑H桥开关的死区控制；并且控制电路模块尺寸较大，电路设计成本高。

由于现有技术中的线圈感应式无线供电装置存在成本较高、控制模块尺寸较大等缺陷，因此，现有技术中的线圈感应式无线供电装置很难在没有互联要求的匹配部件中推广，比如家电产品和工业应用。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是降低线圈感应式无线供电装置的成本 和减小控制模块尺寸，使得线圈感应式无线供电装置能够应用于常规的闭环使用场景下，实现设备内部从一个部件向另一个部件通过非接触式的方式进行电力的供给和信号的传输。

根据本实用新型的一个方面，提供一种无线电力传输装置，包括：功率发射器，适于将直流电源输入转换成电磁能输出；和功率接收器，与所述功率发射器电磁耦合，适于接收从所述功率发射器输出的电磁能。所述功率发射器包括：波形发生电路，适于根据所述直流电源输入产生具有预定频率和占空比的方波控制信号；开关控制驱动电路，与所述波形发生电路电连接，用于根据接收到的方波控制信号将所述直流电源输入转换成交变的电信号；和第一线圈耦合电路，与所述开关控制驱动电路电连接，用于将从所述开关控制驱动电路输出的交变的电信号转换成电磁能，并输出该电磁能。

根据本实用新型的一个实施例，所述开关控制驱动电路包括：逻辑控制电路，与所述波形发生电路电连接；和MOSFET开关电路，与所述逻辑控制电路电连接。

根据本实用新型的另一个实施例，所述逻辑控制电路和所述MOSFET开关电路集成在一个芯片上。

根据本实用新型的另一个实施例，所述波形发生电路适于产生具有预定频率和预定占空比的PWM信号，例如，产生具有50KHz-200KHz的频率和30％～80％的占空比的PWM信号。

根据本实用新型的另一个实施例，所述第一线圈耦合电路包括：第一补偿电路，与所述开关控制驱动电路电连接；和第一线圈，与所述第一补偿电路电连接。

根据本实用新型的另一个实施例，所述功率接收器包括：第二线圈耦合电路，与所述第一线圈耦合电路电磁耦合，适于接收从所述第一线圈耦合电路输出的电磁能，并将接收到的电磁能转换成交变的电信号；整流和滤波电路，与所述第二线圈耦合电路电连接，适于将从第二线圈耦合电路输出的交变的电信号转换成直流电信号；和直流-直流转换电路，与所述整流和滤波电路电连接，适于将从整流和滤波 电路输出的直流电信号转换成设定的电压输出或者设定的电流输出。

根据本实用新型的另一个实施例，所述整流和滤波电路通过单个二极管对从第二线圈耦合电路输出的交变的电信号进行半波整流。

根据本实用新型的另一个实施例，所述第二线圈耦合电路包括：第二补偿电路，与所述整流和滤波电路电连接；和第二线圈，与所述第二补偿电路电连接。

在根据本实用新型的各个实施例的无线电力传输装置中，采用了通用的开关控制驱动芯片，与现有的适用于移动消费电子的无线充电方案或H桥方案相比，可以大幅度地降低控制模块的成本和尺寸。此外，在本实用新型的一些实施例中，开关控制驱动电路由一个集成的控制驱动芯片来实现，其将逻辑控制电路和MOSFET开关电路集成在一个芯片上，解决了MOSFET开关电路的死区问题，不仅提高了电路的集成度，也使模块的整体尺寸变小。

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

附图说明

图1显示根据本实用新型的一个实施例的无线电力传输装置的组成模块框图；

图2显示图1中的无线电力传输装置的功率发射器的组成模块框图；和

图3显示图1中的无线电力传输装置的功率接收器的组成模块框图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一 种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本实用新型的一个总体构思，提供一种无线电力传输装置，包括：功率发射器，适于将直流电源输入转换成电磁能输出；和功率接收器，与所述功率发射器电磁耦合，适于接收从所述功率发射器输出的电磁能。所述功率发射器包括：波形发生电路，适于根据所述直流电源输入产生具有预定频率和占空比的方波控制信号；开关控制驱动电路，与所述波形发生电路电连接，用于根据接收到的方波控制信号将所述直流电源输入转换成交变的电信号；和第一线圈耦合电路，与所述开关控制驱动电路电连接，用于将从所述开关控制驱动电路输出的交变的电信号转换成电磁能，并输出该电磁能。

图1显示根据本实用新型的一个实施例的无线电力传输装置的组成模块框图。

在本实用新型的一个实施例中，公开了一种无线电力传输装置。如图1所示，该无线电力传输装置主要包括功率发射器100和功率接收器200。功率发射器100适于将直流电源输入Vin转换成电磁能输出，功率接收器200与功率发射器100电磁耦合，适于接收从功率发射器100输出的电磁能。

图2显示图1中的无线电力传输装置的功率发射器100的组成模块框图。

如图1和图2所示，在图示的实施例中，功率发射器100主要包括第一处理电路110和第一线圈耦合电路120。第一处理电路110包括波形发生电路111和开关控制驱动电路110a。

在图2所示的实施例中，波形发生电路111适于根据直流电源输入Vin产生具有预定频率的方波控制信号。例如，波形发生电路可以产生具有预定频率和预定占空比的PWM信号，例如，可以产生 50KHz-200KHz的频率、30％～80％的占空比的PWM信号。波形发生电路中可以选择通用的控制芯片，配合外围电阻电容器件，得到设定频率和占空比的控制信号。

请继续参见图1和图2，开关控制驱动电路110a与波形发生电路111电连接，用于根据接收到的方波控制信号将直流电源输入Vin转换成交变的电信号。第一线圈耦合电路120与开关控制驱动电路110a电连接，用于将从开关控制驱动电路110a输出的交变的电信号转换成电磁能，并输出该电磁能。

在图2所示的实施例中，开关控制驱动电路110a包括逻辑控制电路112和MOSFET开关电路113。逻辑控制电路112与波形发生电路111电连接，MOSFET开关电路113与逻辑控制电路112电连接。

在本实用新型的一个实施例中，逻辑控制电路112和MOSFET开关电路113集成在一个控制驱动芯片上，这样不仅可以减小控制模块的尺寸和成本，而且可以解决MOSFET开关电路的死区问题。

请参见图1和图2，在图示的实施例中，第一线圈耦合电路120包括第一补偿电路121和第一线圈122。第一补偿电路121与开关控制驱动电路110a电连接，第一线圈122与第一补偿电路121电连接。

图3显示图1中的无线电力传输装置的功率接收器200的组成模块框图。

如图1、图2和图3所示，在本实用新型的一个实施例中，功率接收器200主要包括第二线圈耦合电路220、整流和滤波电路211、212和直流-直流转换电路213。

请参见图1、图2和图3，在图示的实施例中，第二线圈耦合电路220与第一线圈耦合电路120电磁耦合，适于接收从第一线圈耦合电路120输出的电磁能，并将接收到的电磁能转换成交变的电信号。整流和滤波电路211、212与第二线圈耦合电路220电连接，适于将从第二线圈耦合电路220输出的交变的电信号转换成直流电信号。直流-直流转换电路213与整流和滤波电路211、212电连接，适于将从整流和滤波电路211、212输出的直流电信号转换成设定的电压输出 Vout(恒压控制)或者设定的电流输出(恒流控制)。

在本实用新型的一个实施例中，整流和滤波电路211、212通过单个二极管对从第二线圈耦合电路220输出的交变的电信号进行半波整流，得到直流电信号输出。采用半波整流的方式可以降低功率接收器的功耗，从而能够提高整个系统的效率。

如图1、图2和图3所示，在图示的实施例中，第二线圈耦合电路220包括第二补偿电路221和第二线圈222。第二线圈222与第一线圈112电磁耦合，并与第二补偿电路221电连接。第二补偿电路221与整流和滤波电路211、212电连接。

在本实用新型的一个实施例中，直流-直流转换电路213包括直流-直流转换芯片和相应的外围电路，通过调整外围电路中的各个电阻的比值，可以将整流后得到的直流电信号，转换为设定的电压输出Vout或设定的电流输出。

根据本实用新型的一个实施例的无线电力传输装置能够应用于常规的闭环使用场景下，实现设备内部从一个部件向另一个部件通过非接触式的方式进行电力的供给和信号的传输。例如，在冰箱的结构应用中，冰箱主体和冰箱门之间安装本无线供电装置，在冰箱主体上安装功率发射器，在冰箱门上安装功率接收器，可实现冰箱主体主控制板和冰箱门上控制面板的电力和信号的非接触式连接。另外一种实施例，在冰箱主体上安装本无线供电装置的功率发射器，在冰箱内搁板或者抽屉上安装本无线供电装置的功率接收器，也可使冰箱主体和冰箱内隔板或者抽屉实现非接触式的电力供给和信号传输。同样的使用场景也适用于其他的产品中，如洗衣机，电饭煲等设备。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。

虽然本总体实用新型构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体实用新型构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本实用新型的范围。

Claims (9)

1.一种无线电力传输装置，包括：

功率发射器(100)，适于将直流电源输入(Vin)转换成电磁能输出；和

功率接收器(200)，与所述功率发射器(100)电磁耦合，适于接收从所述功率发射器(100)输出的电磁能，

其特征在于，所述功率发射器(100)包括：

波形发生电路(111)，适于根据所述直流电源输入(Vin)产生具有预定频率和占空比的方波控制信号；

开关控制驱动电路(110a)，与所述波形发生电路(111)电连接，用于根据接收到的方波控制信号将所述直流电源输入(Vin)转换成交变的电信号；和

第一线圈耦合电路(120)，与所述开关控制驱动电路(110a)电连接，用于将从所述开关控制驱动电路(110a)输出的交变的电信号转换成电磁能，并输出该电磁能。

2.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，所述开关控制驱动电路(110a)包括：

逻辑控制电路(112)，与所述波形发生电路(111)电连接；和

MOSFET开关电路(113)，与所述逻辑控制电路(112)电连接。

3.根据权利要求2所述的无线电力传输装置，其特征在于：

所述逻辑控制电路(112)和所述MOSFET开关电路(113)集成在一个芯片上。

4.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于：

所述波形发生电路(111)适于产生具有预定频率和预定占空比的PWM信号。

5.根据权利要求3所述的无线电力传输装置，其特征在于，所述第一线圈耦合电路(120)包括：

第一补偿电路(121)，与所述开关控制驱动电路(110a)电连接；和

第一线圈(122)，与所述第一补偿电路(121)电连接。

6.根据权利要求1所述的无线电力传输装置，其特征在于，所述功率接收器(200)包括：

第二线圈耦合电路(220)，与所述第一线圈耦合电路(120)电磁耦合，适于接收从所述第一线圈耦合电路(120)输出的电磁能，并将接收到的电磁能转换成交变的电信号；

整流和滤波电路(211、212)，与所述第二线圈耦合电路(220)电连接，适于将从第二线圈耦合电路(220)输出的交变的电信号转换成直流电信号；和

直流-直流转换电路(213)，与所述整流和滤波电路(211、212)电连接，适于将从整流和滤波电路(211、212)输出的直流电信号转换成设定的电压输出(Vout)或者设定的电流输出。

7.根据权利要求6所述的无线电力传输装置，其特征在于：

所述整流和滤波电路(211、212)通过单个二极管对从第二线圈耦合电路(220)输出的交变的电信号进行半波整流。

8.根据权利要求6所述的无线电力传输装置，其特征在于，所述第二线圈耦合电路(220)包括：

第二补偿电路(221)，与所述整流和滤波电路(211、212)电连接；和

第二线圈(222)，与所述第二补偿电路(221)电连接。

9.一种包含如权利要求1所述无线电力传输装置的设备，其特征在于，所述功率发射器(100)被安装于所述设备上的一个第一部件上，所述功率接收器(200)被安装于所述设备上的第二部件上。