CN208862559U - 一种过压保护电路和无线充电接收器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线充电技术领域，提供了一种过压保护电路和无线充电接收器。所述过压保护电路应用于无线充电器的接收端，所述无线充电器的接收端包括LC谐振回路，所述过压保护电路包括保护主电路，所述保护主电路包括：触发电路，所述触发电路与所述LC谐振回路连接，用于当所述LC谐振回路输出过压时，产生触发电流；开关电路，所述开关电路分别与所述触发电路和所述LC谐振回路连接，用于根据所述触发电流，控制开启所述开关电路，短路所述LC谐振回路。本实用新型能够使得无线充电器的接收端在触发过压保护之后，无需切断供电回路或者触发开启辅助供电电路。

Description

一种过压保护电路和无线充电接收器

【技术领域】

本实用新型涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种过压保护电路和无线充电接收器。

【背景技术】

当前的无线供电技术中，发射端采用LC谐振发射电磁场，接收端通过固定频率的LC谐振回路接收电磁能量给用电器供电，因用电器耐压的原因，接收端的输出限压技术显得非常重要。

目前，接收端的输出限压方法有几种：一是DC-DC BUCK电路稳压；二是通过通信反馈给发射端控制输出功率，在用电器阻抗较稳定时可保持电压；三是通过开关破坏谐振回路的固有频率从而破坏谐振状态控制输出电压，在实际使用中，经常多种方式结合使用。当采用破坏谐振回路固有频率的技术时，开关器件驱动电路和保护动作存在一个矛盾，即保护动作会完全停止接收能量，而开关器件驱动电路又需要有一定的供电电路。

【实用新型内容】

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种过压保护电路和无线充电接收器，其能够使得无线充电器的接收端在触发过压保护之后，无需切断供电回路或者触发开启辅助供电电路。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种过压保护电路，应用于无线充电器的接收端，所述无线充电器的接收端包括LC谐振回路，所述过压保护电路包括保护主电路，所述保护主电路包括：

触发电路，所述触发电路与所述LC谐振回路连接，用于当所述LC谐振回路输出过压时，产生触发电流；

开关电路，所述开关电路分别与所述触发电路和所述LC谐振回路连接，用于根据所述触发电流，控制开启所述开关电路，短路所述LC谐振回路。

可选地，所述保护主电路还包括第一限流电路，所述第一限流电路位于所述触发电路与所述开关电路之间，用于限制所述触发电流的大小。

可选地，所述LC谐振回路包括电感L和电容C，所述电感L和所述电容C并联连接或串联连接，所述电感L与所述开关电路并联连接，所述电容C与所述触发电路连接；

所述无线充电器的接收端还包括整流滤波电路和负载，所述整流滤波电路与所述保护主电路连接，所述负载与所述整流滤波电路连接。

可选地，所述触发电路包括稳压管D，所述第一限流电路包括电阻R1，所述开关电路包括双向可控硅T；

所述稳压管D的阴极与所述LC谐振回路连接，所述稳压管D的阳极与所述电阻R1的一端连接；

所述电阻R1的另一端与所述双向可控硅T的门极连接；

所述双向可控硅T的阳极与所述电感L的一端连接，所述双向可控硅T的阴极与所述电感L的另一端连接。

可选地，所述过压保护电路还包括过电流电压比较电路，所述电流电压比较电路与所述保护主电路、整流滤波电路和负载连接，所述过电流电压比较电路包括过电压保护电路、过电流保护电路、第二限流电路和基准电压发生电路；

所述过电压保护电路分别与所述过电流保护电路、第二限流电路、基准电压发生电路、整流滤波电路和负载连接；

所述过电流保护电路还与所述第二限流电路、基准电压发生电路、整流滤波电路和负载连接；

所述第二限流电路还与所述第一限流电路和所述开关电路连接。

可选地，所述过电压保护电路包括电阻R2、电阻R3和比较器CMP1；

所述电阻R2的一端与所述整流滤波电路连接，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接；

所述电阻R3的另一端与所述比较器CMP1的正极输入端连接；

所述比较器CMP1的负极输入端与所述基准电压发生电路连接，所述比较器CMP1的输出端与所述第二限流电路连接。

可选地，所述过电流保护电路包括电阻R4和比较器CMP2；

所述电阻R4的一端与所述电阻R3的另一端连接，所述电阻R4的另一端分别与所述比较器CMP2的正极输入端和负载连接；

所述比较器CMP2的负极输入端与所述基准电压发生电路连接，所述比较器CMP2的输出端与所述第二限流电路连接。

可选地，所述限流电路包括电阻R5，所述电阻R5的一端与所述比较器CMP1的输出端和所述比较器CMP2的输出端连接，所述电阻R5的另一端与所述双向可控硅T的门极连接；

所述基准电压发生电路MCU、DSP、和微处理器，所述基准电压发生电路用于为所述比较器CMP1提供过压基准电压和所述比较器CMP2提供基准电压提供过流基准电压。

可选地，所述无线充电器的接收端还包括辅助供电电路，所述辅助供电电路与所述过电流电压比较电路连接，用于为所述比较器CMP1和所述比较器CMP2提供辅助供电。

本实用新型实施例还提供了一种无线充电接收器，包括如上所述的过压保护电路。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比较，本实用新型实施例提供了一种过压保护电路和无线充电接收器。所述过压保护电路应用于无线充电器的接收端，无线充电器的接收端包括LC谐振回路，通过触发电路在所述LC谐振回路输出过压时，产生触发电流，开关电路根据触发电流，控制开启开关电路，短路LC谐振回路。只要无线充电器的发射端不停止电磁场输出或者接收端不离开发射端的发射线圈的电磁场有效范围，接收端的接收线圈会一直保持开关电路的导通，由于开关电路的导通压降极低，接收端的接收线圈的电流等于开关电路的导通电流，接收端的接收线圈保持较低的接收功率，从而，本实用新型使得无线充电器的接收端在触发过压保护之后，无需切断供电回路或者触发开启辅助供电电路。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型实施例提供的一种无线充电接收器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种过压保护电路的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的一种过压保护电路的结构示意图；

图4a为图3的一种过压保护电路的电路连接示意图；

图4b为图3的另一种过压保护电路的电路连接示意图；

图4c为图3的又一种过压保护电路的电路连接示意图；

图4d为图3的另又一种过压保护电路的电路连接示意图；

图5为本实用新型又一实施例提供的一种过压保护电路的结构示意图；

图6a为图5的一种过压保护电路的电路连接示意图；

图6b为图5的另一种过压保护电路的电路连接示意图；

图6c为图5的又一种过压保护电路的电路连接示意图；

图6d为图5的另又一种过压保护电路的电路连接示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种无线充电接收器的结构示意图。如图1所示，所述无线充电接收器200包括过压保护电路100。

现阶段，无线充电存在四种不同的方式：电磁感应的方式、电磁共振的方式、电磁耦合的方式以及无线电波的方式，在本实施例中，所述无线充电接收器200与所述无线充电发射器采用的是电磁感应的方式，较优的，所述无线充电接收器200与所述无线充电发射器的距离可以间隔5cm-10cm，具体相距多远取决于所述无线充电发射器的发射功率、所述无线充电接收器200的转换效率等。当所述无线充电接收器200与所述无线充电发射器采用的是电磁共振的方式时，所述无线充电接收器200的线圈与所述无线充电发射器的线圈的规格完全匹配，所述无线充电发射器的线圈通电后产生磁场，所述无线充电接收器200的线圈因此共振，产生电流。

所述无线充电接收器200，又称无线接收机，属于无线接收系统的一部分，所述无线接收系统还包括与所述无线充电接收器200无线连接的无线充电发射器。所述无线充电接收器200的接收谐振回路所接收的感应电流与所述无线充电发射器的发射谐振回路发射的高频电磁波有关，而发射谐振回路发射的高频电磁波与所述无线充电发射器的发射功率息息相关，在实际应用场景中，存在诸多的因素会导致发射功率升高，此时，所述无线充电接收器200的接收谐振回路的输出电压随之升高，当超过电路中所能承受的最高电压，可能会损坏所述无线充电接收器200或者安装有所述无线充电接收器200的电子设备。且需要引入电压保护电路，但是，目前的电压保护电路触发保护动作的同时会切断电路的供电回路，起到保护电路的作用，为解决这一矛盾，本实用新型是以提出了应用于无线充电器200的接收端的过压保护电路100，其能够实现在过压保护的同时无需切断供电电路。

请参阅图2和图3，所述过压保护电路100应用于所述无线充电器200的接收端，所述无线充电器200的接收端包括LC谐振回路11、整流滤波电路12、负载13和辅助供电电路14(如图5所示)。

所述过压保护电路100包括保护主电路10，所述保护主电路10包括触发电路101、开关电路102和第一限流电路103。

所述触发电路101与所述LC谐振回路11连接，用于当所述LC谐振回路11输出过压时，产生触发电流。在本实施中，所述触发电路101包括稳压管D。

所述开关电路102分别与所述触发电路101和所述LC谐振回路11连接，用于根据所述触发电流，控制开启所述开关电路101，短路所述LC谐振回路11。在本实施例中，所述开关电路102包括双向可控硅T。

所述第一限流电路103位于所述触发电路101与所述开关电路102之间，用于限制所述触发电流的大小，保护所述触发电路101和第一限流电路103不被损坏。在本实施例中，所述第一限流电路103包括电阻R1。

由于稳压管D的反向击穿是可逆的，当去掉反向电压后，所述稳压管D恢复正常，但是，当反向击穿的电流超过允许范围，稳压管D将会发生热击穿而损坏，故所述稳压管D串联一限流电路103。

所述LC谐振回路11包括电感L和电容C，所述电感L和所述电容C并联连接或串联连接。所述电感L与所述开关电路102并联连接，所述电容C与所述触发电路101连接。所述整流滤波电路12与所述保护主电路10连接，所述负载13与所述整流滤波电路12连接。

如参阅图4a所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C串联连接，所述整流滤波电路12中包括整流桥。

所述稳压管D的阴极与所述LC谐振回路11连接(即所述稳压管D的阴极与所述电容C的一端连接)，所述稳压管D的阳极与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与所述双向可控硅T的门极连接，所述双向可控硅T的阳极与所述电感L的一端连接，所述双向可控硅T的阴极与所述电感L的另一端连接。

所述保护主电路10的具体工作过程为：当发射功率过高导致所述无线充电接收器200的所述LC谐振回路11的输出电压升高，所述稳压管D被击穿(即产生了触发电流)，所述双向可控硅T的门极有电流流过，满足所述双向可控硅T的导通条件，所述双向可控硅T导通，短路所述电感L(即接收线圈)，所述LC谐振回路11的输出电压保持为0，所述双向可控硅T的门极流过的电流恢复为0。

同时，由于所述无线充电发射器的发射功率一般为几十KHz以上，但是所述双向可控硅T存在电路换向关断时间较长的特性，双向可控硅T的阳极和阴极两端的电压就算存在过零点，也无法使所述双向可控硅T截止。因此，只要无线充电器的发射端不停止电磁场输出或者接收端不离开发射端的发射线圈的电磁场有效范围，接收端的接收线圈(即电感L)会一直保持所述双向可控硅T的导通，由于所述双向可控硅T的导通压降极低，接收端的接收线圈(即电感L)的电流等于所述双向可控硅T的导通电流，接收端的接收线圈(即电感L)保持较低的接收功率。

综上，当所述LC谐振回路11的输出电压升高时，在所述保护主电路10的作用下，降低所述LC谐振回路11的电流，进而降低所述LC谐振回路11的接收功率，最终保障所述无线充电接收器200的接收端电路的整体安全。可知，在所述保护主电路10触发动作时，所述无线充电接收器200接收端电路正常工作，无需切断电路回路或者触发开启辅助供电电路即可以实现电路的过压保护。

如图4b所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C串联连接，所述整流滤波电路12中包括二极管整流电路，所述保护主电路10与所述整流滤波电路12之间并联一续流二极管，所述续流二极管用于保持所述LC谐振回路11的谐振状态。

如图4c所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C并联连接，所述整流滤波电路12中包括整流桥。

如图4d所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C并联连接，所述整流滤波电路12中包括二极管整流电路。

由于图4b、图4c和图4d中的所述保护主电路10电路连接关系和工作原理是一致的，此处不再赘述。

请参阅图5，所述过压保护电路100包括保护主电路10和过电流电压比较电路20，所述电流电压比较电路20与所述保护主电路10、整流滤波电路12和负载13连接。所述过电流电压比较电路20包括过电压保护电路201、过电流保护电路202、第二限流电路203和基准电压发生电路204。

所述过电压保护电路201分别与所述过电流保护电路202、第二限流电路203、基准电压发生电路204、整流滤波电路12和负载13连接。在本实施中，所述过电压保护电路201包括电阻R2、电阻R3和比较器CMP1。

如图6a所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C串联连接，所述保护主电路10包括稳压管D、双向可控硅T、电阻R1和二极管D2，所述整流滤波电路12包括整流桥D3和电容C2。

所述电阻R2的一端与所述整流滤波电路12连接(具体的，所述电阻R2的一端与所述电容C2的一端连接)，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述比较器CMP1的正极输入端连接，所述比较器CMP1的负极输入端与所述基准电压发生电路204连接，所述比较器CMP1的输出端与所述第二限流电路203连接(具体的，所述比较器CMP1的输出端与所述电阻R5的一端连接)。

所述过电压保护电路201的具体工作原理为：当所述负载13的两端电压升高，导致电阻R2和电阻R3的分压升高，当电阻R2和电阻R3的分压大于比较器CMP1的过压基准电压时，比较器CMP1输出高电平，触发双向可控硅T的门极，双向可控硅T导通，从而实现过压保护。

所述过电流保护电路202与所述过电压保护电路201、第二限流电路203、基准电压发生电路204、整流滤波电路12和负载13连接。在本实施例中，所述过电流保护电路202包括电阻R4和比较器CMP2。

如图6a所示，所述电阻R4的一端与所述电阻R3的另一端连接，所述电阻R4的另一端分别与所述比较器CMP2的正极输入端和负载13连接，所述比较器CMP2的负极输入端与所述基准电压发生电路204连接，所述比较器CMP2的输出端与所述第二限流电路203连接(具体的，所述比较器CMP2的输出端与所述电阻R5的一端连接)。

所述过电流保护电路202的具体工作原理为：当所述负载13的两端电流升高，导致电阻R4两端的电压升高，当电阻R4两端的电压大于比较器CMP2的过流基准电压时，比较器CMP2输出高电平，触发双向可控硅T的门极，双向可控硅T导通，从而实现过流保护。

所述第二限流电路203还与所述第一限流电路103和所述开关电路102连接，在本实施例中，所述限流电路203包括电阻R5。

如图6a所示，所述电阻R5的一端与所述比较器CMP1的输出端和所述比较器CMP2的输出端连接，所述电阻R5的另一端与所述双向可控硅T的门极连接。其中，所述辅助供电电路14与所述过电流电压比较电路20连接，用于为所述比较器CMP1和所述比较器CMP2提供辅助供电，所述比较器CMP1和所述比较器CMP2的输入供电主要由所述LC谐振回路11的输出电压提供。

所述基准电压发生电路204与所述比较器CMP1和比较器CMP2连接，所述基准电压发生电路204用于为所述比较器CMP1提供过压基准电压和所述比较器CMP2提供基准电压提供过流基准电压，其中，所述过压基准电压和过流基准电压可以根据产品的设计需求和所述过压保护电路100的参数特性进行设定。

在本实施例中，所述基准电压发生电路204包括MCU、DSP和微处理器，此时，所述比较器CMP1和所述比较器CMP2共用一个MCU、DSP或微处理器，利用内部逻辑可以决定所述过压基准电压和过流基准电压的大小和产生时间。在一些实施例中，所述基准电压发生电路204还可以是脉冲产生电路、波形产生电路、直流电源等，例如，TL431及其外围电路组成的基准电压发生电路204，此时，所述比较器CMP1和比较器CMP2对应两个TL431及其外围电路组成的基准电压发生电路204，分别接收过压基准电压和过流基准电压。

如图6b所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C串联连接，所述整流滤波电路12中包括二极管整流电路和一续流二极管D3，所述续流二极管D3并联在所述保护主电路10的两端，所述续流二极管D3用于保持所述LC谐振回路11的谐振状态。

如图6c所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C并联连接，所述整流滤波电路12中包括整流桥。

如图6d所示，所述LC谐振回路11的电感L和所述电容C并联连接，所述整流滤波电路12中包括二极管整流电路。

由于图6b、图6c和图6d中的过电压保护电路和过电流保护电路的电路连接关系和工作原理是一致的，此处不再赘述。

本实用新型实施例提供了一种过压保护电路和无线充电接收器，所述过压保护电路应用于无线充电器的接收端，无线充电器的接收端包括LC谐振回路，通过触发电路在所述LC谐振回路输出过压时，产生触发电流，开关电路根据触发电流，控制开启开关电路，短路LC谐振回路。本实用新型能够使得无线充电器的接收端在触发过压保护之后，无需切断供电回路或者触发开启辅助供电电路。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种过压保护电路，其特征在于，应用于无线充电器的接收端，所述无线充电器的接收端包括LC谐振回路，所述过压保护电路包括保护主电路，所述保护主电路包括：

触发电路，所述触发电路与所述LC谐振回路连接，用于当所述LC谐振回路输出过压时，产生触发电流；

开关电路，所述开关电路分别与所述触发电路和所述LC谐振回路连接，用于根据所述触发电流，控制开启所述开关电路，短路所述LC谐振回路。

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述保护主电路还包括第一限流电路，所述第一限流电路位于所述触发电路与所述开关电路之间，用于限制所述触发电流的大小。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述LC谐振回路包括电感L和电容C，所述电感L和所述电容C并联连接或串联连接，所述电感L与所述开关电路并联连接，所述电容C与所述触发电路连接；

所述无线充电器的接收端还包括整流滤波电路和负载，所述整流滤波电路与所述保护主电路连接，所述负载与所述整流滤波电路连接。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述触发电路包括稳压管D，所述第一限流电路包括电阻R1，所述开关电路包括双向可控硅T；

所述稳压管D的阴极与所述LC谐振回路连接，所述稳压管D的阳极与所述电阻R1的一端连接；

所述电阻R1的另一端与所述双向可控硅T的门极连接；

所述双向可控硅T的阳极与所述电感L的一端连接，所述双向可控硅T的阴极与所述电感L的另一端连接。

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压保护电路还包括过电流电压比较电路，所述电流电压比较电路与所述保护主电路、整流滤波电路和负载连接，所述过电流电压比较电路包括过电压保护电路、过电流保护电路、第二限流电路和基准电压发生电路；

所述过电压保护电路分别与所述过电流保护电路、第二限流电路、基准电压发生电路、整流滤波电路和负载连接；

所述过电流保护电路还与所述第二限流电路、基准电压发生电路、整流滤波电路和负载连接；

所述第二限流电路还与所述第一限流电路和所述开关电路连接。

6.根据权利要求5所述的过压保护电路，其特征在于，所述过电压保护电路包括电阻R2、电阻R3和比较器CMP1；

所述电阻R2的一端与所述整流滤波电路连接，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接；

所述电阻R3的另一端与所述比较器CMP1的正极输入端连接；

所述比较器CMP1的负极输入端与所述基准电压发生电路连接，所述比较器CMP1的输出端与所述第二限流电路连接。

7.根据权利要求6所述的过压保护电路，其特征在于，所述过电流保护电路包括电阻R4和比较器CMP2；

所述电阻R4的一端与所述电阻R3的另一端连接，所述电阻R4的另一端分别与所述比较器CMP2的正极输入端和负载连接；

所述比较器CMP2的负极输入端与所述基准电压发生电路连接，所述比较器CMP2的输出端与所述第二限流电路连接。

8.根据权利要求7所述的过压保护电路，其特征在于，所述限流电路包括电阻R5，所述电阻R5的一端与所述比较器CMP1的输出端和所述比较器CMP2的输出端连接，所述电阻R5的另一端与所述双向可控硅T的门极连接；

所述基准电压发生电路MCU、DSP、和微处理器，所述基准电压发生电路用于为所述比较器CMP1提供过压基准电压和所述比较器CMP2提供基准电压提供过流基准电压。

9.根据权利要求8所述的过压保护电路，其特征在于，所述无线充电器的接收端还包括辅助供电电路，所述辅助供电电路与所述过电流电压比较电路连接，用于为所述比较器CMP1和所述比较器CMP2提供辅助供电。

10.一种无线充电接收器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的过压保护电路。