CN209562214U - 无线电能传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线电能传输系统，包括：提供电源的直流源；与所述直流源串接、供将电流信号转换为电压信号的电流采样模块；与所述电流采样模块串接、供产生高频信号的信号发生模块；串接于所述电流采样模块和所述信号发生模块之间、供控制所述信号发生模块的工作方式的保护电路模块；与所述信号发生模块串接的功率放大模块；与所述功率放大模块串接的发射线圈；以及与所述发射线圈耦合的、并供产生高频交流电压信号的接收线圈。本实用新型利用保护电路模块检测系统的电流是否超过或低于预设值，在检测超过或低于预设值时自动启动保护功能，解决了无线电能传输中电流过流或欠流的问题，有效保护无线电能传输系统的使用安全。

Description

无线电能传输系统

技术领域

本实用新型涉及无线充电系统技术领域，特指一种无线电能传输系统。

背景技术

近年来，无线充电技术发展迅速，因其非接触、无电线连接、操作方便等特性，备受各厂商关注，各种各样的无线充电产品也相继问世。从整体上看，一个完整的无线充电系统包括两部分：无线电能发射端和无线电能接收端，而发射端和接收端通过磁场来传递能量，两者之间不用电线连接，发射端要知道接收端状态以进行功率调节，就必须从接收端传送控制讯号到发射端再经解析后进行控制形成一个控制回路，信号的传送则由无线通信系统来完成。

在异常工作状况下，无线电能传输系统会受到损坏。出于安全可靠性考虑，设备需要具备输出过流/短路保护功能，防止出现电流过大时烧毁设备。传统的过流/短路保护多使用保险丝进行保护，但保险丝烧毁后需要人工进行更换保险丝才能继续使用，带来不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种无线电能传输系统，解决现有的无线电能传输系统采用保险丝进行过流/短路保护带来的不便的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本实用新型提供了一种无线电能传输系统，包括：

提供电源的直流源；

与所述直流源串接、供将电流信号转换为电压信号的电流采样模块；

与所述电流采样模块串接、供产生高频信号的信号发生模块；

串接于所述电流采样模块和所述信号发生模块之间、供控制所述信号发生模块的工作方式的保护电路模块；

与所述信号发生模块串接的功率放大模块；

与所述功率放大模块串接的发射线圈；以及

与所述发射线圈耦合的、并供产生高频交流电压信号的接收线圈。

本实用新型在直流源和信号发生模块之间串接了保护电路模块，利用保护电路模块检测系统的电流是否超过或低于预设值，在检测超过或低于预设值时自动启动保护功能，解决了无线电能传输中电流过流或欠流的问题，有效保护无线电能传输系统的使用安全。本实用新型利用保护电路模块实现电流过流或欠流的保护功能，解决了现有保险丝保护方式存在的在保险丝熔断后需要更换才能继续使用而带来不便的问题。

本实用新型无线电能传输系统的进一步改进在于，所述保护电路模块包括与所述电流采样模块连接电压比较电路、与所述电压比较电路连接的电压控制模块、与所述电压控制模块连接的且并联的第一开关、第二开关和第三开关以及与所述第一开关和所述第三开关的输入端连接的供产生脉冲信号的时序控制模块；

所述第二开关的输入端连接一电源；

所述电压控制模块根据所述电压比较电路输出的开关控制信号，控制所述的第一开关、第二开关和第三开关中的一个闭合，实现控制所述信号发生模块的工作方式。

本实用新型无线电能传输系统的进一步改进在于，所述电压比较电路包括并联的第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述的第一比较器、第二比较器和第三比较器均与所述电压控制模块连接；

所述第一比较器的一个输入端连接所述电流采样模块，另一个输入端输入第一基准电压，所述第一比较器用于比较判断所述电压信号与所述第一基准电压的大小以输出高电平或低电平；

所述第二比较器的一个输入端连接所述电流采样模块，另一个输入端输入第一基准电压，所述第二比较器用于比较判断所述电压信号与所述第一基准电压的大小以输出高电平或低电平；

所述第三比较器的一个输入端连接所述电流采样模块，另一个输入端输入第二基准电压，所述第三比较器用于比较判断所述电压信号与所述第二基准电压的大小以输出高电平或低电平。

本实用新型无线电能传输系统的进一步改进在于，所述第一比较器在比较判断所述电压信号小于第一基准电压时输出高电平至所述电压控制模块，所述电压控制模块控制所述第一开关闭合使得所述时序控制模块产生的脉冲信号输送至所述信号发生模块；

所述第二比较器在比较判断所述电压信号大于所述第一基准电压时输出高电平至所述电压控制模块，所述电压控制模块控制所述第二开关闭合使得所述电源与所述信号发生模块相连通；

所述第三比较器在比较判断所述电压信号大于所述第二基准电压时输出高电平至所述电压控制模块，所述电压控制模块控制所述第三开关闭合使得所述时序控制模块产生的脉冲信号输送至所述信号发生模块。

本实用新型无线电能传输系统的进一步改进在于，所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器均为迟滞比较器。

本实用新型无线电能传输系统的进一步改进在于，所述的第一开关、第二开关和第三开关为继电器开关、电子开关或光开关。

本实用新型无线电能传输系统的进一步改进在于，所述功率放大模块包括功放管、设于所述功放管输入端的输入阻抗匹配电路、设于所述功放管栅极的栅极偏置电路、设于所述功放管漏极的漏极偏置电路以及设于所述功放管输出端的输出阻抗匹配电路。

本实用新型无线电能传输系统的进一步改进在于，所述功放管为场效应三极管。

附图说明

图1为本实用新型无线电能传输系统的电路图。

图2为本实用新型无线电能传输系统中保护电路模块的电路图。

图3为本实用新型无线电能传输系统中电流采样模块的电流电压转换图。

图4为本实用新型无线电能传输系统中第一开关和第三开关连通后的脉冲信号的波形图。

图5为本实用新型无线电能传输系统中第二开关连通后的高电平输出的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参阅图1，本实用新型提供了一种无线电能传输系统，具有过流、欠流保护及自恢复功能，当检测到电源供给系统的电流超过或低于预设值时，会启动保护功能，使得发射线圈内通过周期性的电流来产生周期性的高频磁场，同时系统进行电流扫描。当检测到发射线圈与接收线圈在合适的传输距离时(此时是通过电流的大小来实现判断)，电源模块会自动恢复至合适的工作电流。本实用新型的无线电能传输系统对设备充电距离异常或接收、发射线圈损坏等情况都可以起到保护作用。解决了无线电能传输中电源过流或欠流的额问题，不借助通信电路即可高效的保护电路元器件的安全。下面结合附图对本实用新型无线电能传输系统进行说明。

参阅图1，显示了本实用新型无线电能传输系统的电路图。下面结合图1，对本实用新型无线电能传输系统进行说明。

如图1所示，本实用新型的无线电能传输系统包括直流源21、电流采样模块22、信号发生模块23、保护电路模块24、功率放大模块25、发射线圈26以及接收线圈27，其中的直流源21用于提供电源；电流采样模块22与直流源21串接，电流采样模块22用于将电流信号转换为电压信号；信号发生模块23与电流采样模块22串接，信号发生模块23用于产生高频信号；保护电路模块24串接于电流采样模块22和信号发生模块23之间，保护电路模块24用于控制信号发生模块23的工作方式，以实现过流、欠流保护和自恢复功能；功率放大模块25与信号发生模块串接，起到功率放大作用；发射线圈26与功率放大模块25串接；接收线圈27耦合发射线圈26，用于产生高频交流电压信号，实现为用电设备充电。

发射线圈26和接收线圈27之间的距离的远近，会导致发射端电流的变化，通常是距离越远，电流越小，距离越近，电流越大，在用电设备的充电距离异常或接收线圈和发射线圈损坏等情况下，发射端的电流可能会出现瞬时过大或过小的现象，很容易烧坏设备。为解决这一问题，本实用新型的无线电能传输系统采用电流采样模块22和保护电路模块24串接在直流源21和信号发生模块23之间，用于实时检测发射端电流的变化，在过流或欠流的情况下及时利用脉冲信号控制信号发生模块23，以实现高效的保护电路元器件的安全。

作为本实用新型的一较佳实施方式，结合图2所示，保护电路模块24包括与电流采样模块22连接的电压比较电路241、与电压比较电路241连接的电压控制模块242、与电压控制模块242连接的且并联的第一开关244、第二开关245和第三开关246以及与第一开关244和第三开关246的输入端连接的供产生脉冲信号的时序控制模块243；第二开关245的输入端连接一电源，该电源为5V直流电源；电压控制模块242根据电压比较电路241输出的开关控制信号，控制第一开关244、第二开关245以及第三开关246中的一个闭合，实现控制信号发生模块23的工作方式。

当电压控制模块243控制第一开关244或第三开关246闭合时，会将时序控制模块243和信号发生模块23连通，从而实现利用时序控制模块243产生的脉冲信号控制信号发生模块23工作。当电压控制模块243控制第二开关245闭合时，将电源与信号发生模块23连通，为信号发生模块23提供高电平，实现利用高电平控制信号发生模块23工作。

具体地，电压比较电路241包括并联的第一比较器2411、第二比较器2412以及第三比较器2413，第一比较器2411、第二比较器2412以及第三比较器2413均与电压控制模块242连接，电压通知模块242连接第一比较器2411、第二比较器2412以及第三比较器2413的输出端；

第一比较器2411的一个输入端连接电流采样模块22，另一个输入端输入第一基准电压V1，第一比较器2411用于比较判断电压信号V0与第一基准电压V1的大小以输出高电平或低电平；

第二比较器2412的一个输入端连接电流采用模块22，另一个输入端输入第一基准电压V1，第二比较器2412用于比较判断电压信号V0与第一基准电压V1的大小以输出高电平或低电平；

第三比较器2413的一个输入端连接电流采用模块22，另一个输入端输入第二基准电压V2，第三比较器用于比较判断电压信号V0与第二基准电压V2的大小以输出高电平或低电平。

其中的第一基准电压V1和第二基准电压V2为预设值，根据电流的极限值进行选定。电流采样模块22转换形成的电压信号V0小于第一基准电压V1时，第一比较器2411的输出端输出高电平，使得电压控制模块242控制第三开关246闭合；当电压信号V0大于第一基准电压V1小于第二基准电压V2时，第二比较器2412的输出端输出高电平，使得电压控制模块242控制第二开关245闭合；当电压信号V0大于第二基准电压V2时，第三比较器2413的输出端输出高电平(此时第二比较器2412的输出端也输出高电平)，使得电压控制模块242控制第一开关244闭合。较佳地，第一比较器2411的输入端连接电阻R5和电阻R5，进一步连接一5V电源；第二比较器2412的输入端连接电阻R3和电阻R4，进一步连接5V电源；第三比较器2413的输入端连接电阻R1和电阻R2，进一步连接5V电源；通过设定电阻R1至R6的阻值来设定第一基准电压V1和第二基准电压V2的电压值。

第一比较器2411在比较判断电压信号V0小于第一基准电压V1时输出高电平至电压控制模块242，电压控制模块242控制第一开关244闭合，使得时序控制模块243产生的脉冲信号输送至信号发生模块23；第二比较器2412在比较判断电压信号V0大于第一基准电压V1时输出高电平至电压控制模块242，电压控制模块242控制第二开关245闭合使得电源与信号发生模块23相连通；第三比较器2413在比较判断电压信号V0大于第二基准电压V2时输出高电平至电压控制模块242，电压控制模块242控制第三开关246闭合使得时序控制模块243产生的脉冲信号输送至信号发生模块23。

较佳地，电压控制模块242连接在第一开关244、第二开关245以及第三开关246的使能端，电压控制模块242通过向第一开关244、第二开关245以及第三开关246的使能端供给高电平来控制相应的开关闭合导通。

电压采样模块22转换成的电压信号V0如图3所示。在过流和欠流的情况下，连通时序控制模块243和信号发生模块23，时序控制模块243产生的脉冲信号如图4所示；在正常充电的情况下，连通电源和信号发生模块23，电压波形如图5所示。

较佳地，本实用新型中的第一比较器2411、第二比较器2412和第三比较器2413均为迟滞比较器。第一开关244、第二开关245以及第三开关246为继电器开关、电子开关或光开关。信号发生模块23为晶振。

作为本实用新型的另一较佳实施方式，功率放大模块25包括功放管、设于功放管输入端的输入阻抗匹配电路、设于功放管栅极的栅极偏置电路、设于功放管漏极的漏极偏置电路以及设于功放管输出端的输出阻抗匹配电路。较佳地，功放管为场效应三极管。功放管的漏极电流是由周期性的一串脉冲构成的，当驱动信号足够强时，晶体管会进入饱和导通状态，功放管前后两端进行电阻匹配是为了更好的进行能量输出减少助波损耗，输出与输入信号同频率的脉冲信号最终达到功率放大的作用。

本实用新型的无线电能传输系统针对发射线圈和接收线圈损坏或用电设备突然损坏等异常情况，能够立刻启动电路保护机制。不借助任何通信电路，可以高效的保护电路元器件，控制方案间的，提高电路工作效率。适用于一切小功率用电设备的无线电能传输系统的电路保护。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线电能传输系统，其特征在于，包括：

提供电源的直流源；

与所述直流源串接、供将电流信号转换为电压信号的电流采样模块；

与所述电流采样模块串接、供产生高频信号的信号发生模块；

串接于所述电流采样模块和所述信号发生模块之间、供控制所述信号发生模块的工作方式的保护电路模块；

与所述信号发生模块串接的功率放大模块；

与所述功率放大模块串接的发射线圈；以及

与所述发射线圈耦合的、并供产生高频交流电压信号的接收线圈。

2.如权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述保护电路模块包括与所述电流采样模块连接电压比较电路、与所述电压比较电路连接的电压控制模块、与所述电压控制模块连接的且并联的第一开关、第二开关和第三开关以及与所述第一开关和所述第三开关的输入端连接的供产生脉冲信号的时序控制模块；

所述第二开关的输入端连接一电源；

所述电压控制模块根据所述电压比较电路输出的开关控制信号，控制所述的第一开关、第二开关和第三开关中的一个闭合，实现控制所述信号发生模块的工作方式。

3.如权利要求2所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述电压比较电路包括并联的第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述的第一比较器、第二比较器和第三比较器均与所述电压控制模块连接；

所述第一比较器的一个输入端连接所述电流采样模块，另一个输入端输入第一基准电压，所述第一比较器用于比较判断所述电压信号与所述第一基准电压的大小以输出高电平或低电平；

所述第二比较器的一个输入端连接所述电流采样模块，另一个输入端输入第一基准电压，所述第二比较器用于比较判断所述电压信号与所述第一基准电压的大小以输出高电平或低电平；

所述第三比较器的一个输入端连接所述电流采样模块，另一个输入端输入第二基准电压，所述第三比较器用于比较判断所述电压信号与所述第二基准电压的大小以输出高电平或低电平。

4.如权利要求3所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述第一比较器在比较判断所述电压信号小于第一基准电压时输出高电平至所述电压控制模块，所述电压控制模块控制所述第一开关闭合使得所述时序控制模块产生的脉冲信号输送至所述信号发生模块；

所述第二比较器在比较判断所述电压信号大于所述第一基准电压时输出高电平至所述电压控制模块，所述电压控制模块控制所述第二开关闭合并使得所述电源与所述信号发生模块相连通；

所述第三比较器在比较判断所述电压信号大于所述第二基准电压时输出高电平至所述电压控制模块，所述电压控制模块控制所述第三开关闭合使得所述时序控制模块产生的脉冲信号输送至所述信号发生模块。

5.如权利要求3所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器均为迟滞比较器。

6.如权利要求2所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述的第一开关、第二开关和第三开关为继电器开关、电子开关或光开关。

7.如权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述功率放大模块包括功放管、设于所述功放管输入端的输入阻抗匹配电路、设于所述功放管栅极的栅极偏置电路、设于所述功放管漏极的漏极偏置电路以及设于所述功放管输出端的输出阻抗匹配电路。

8.如权利要求7所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述功放管为场效应三极管。