本發(fā)明屬于無線充電技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種用于對無線充電系統(tǒng)中的接收端進行過壓保護的電路設(shè)計及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

無線充電技術(shù)源于無線電能傳輸技術(shù)，小功率的無線充電技術(shù)常采用電磁感應(yīng)式，而大功率的無線充電技術(shù)則采用諧振式，由供電設(shè)備（充電器）將能量傳送至用電裝置。用電裝置使用接收到的能量對其內(nèi)部的電池充電，并同時供其自身運作之用。由于充電器與用電裝置之間以磁場傳送能量，兩者之間無需電線連接，因此，充電器和用電裝置都可以做到無導電接點外露，安全性高，充電操作更加方便靈活，在目前的手機、電視、電動汽車等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

在基于諧振式無線充電技術(shù)設(shè)計的電子產(chǎn)品中，在充電器端設(shè)置有發(fā)射線圈，在接收端（即，用電裝置）設(shè)置有接收線圈，當發(fā)射線圈和接收線圈調(diào)整到相同頻率時，或者說發(fā)射線圈和接收線圈在一個特定的頻率上共振時，二者之間就可以交換彼此的能量。在實際使用過程中，當發(fā)射線圈的電壓較大或發(fā)射線圈因工作異常而導致發(fā)射端的電壓較高時，接收線圈就會接收到較大的電壓。當接收電壓超過用電裝置中負載電路的安全閾值時，就會導致用電裝置中的負載電路過壓損壞，繼而影響用電裝置的使用壽命。

為了對接收端進行過壓保護，現(xiàn)有的解決辦法是在接收端內(nèi)安裝過壓保護器件，例如保險絲、壓敏電阻、穩(wěn)壓管等，以在電路中起到一定的過壓保護、穩(wěn)定電壓、減少損壞等作用。但是，這種過壓保護方法都是以保護器件消耗能量來實現(xiàn)，長期工作后，保護器件可能會失效，因此保護作用非常有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種全新的用于無線充電接收端的過壓保護技術(shù)，在接收端接收到的電壓異常時，采用調(diào)節(jié)接收線圈的諧振頻率與發(fā)射線圈失配的方式來降低接收線圈的電壓，繼而達到過壓保護的目的。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明在一個方面提出了一種無線充電接收端的過壓保護方法，包括：在所述無線充電接收端，其接收線圈以諧振方式接收發(fā)射線圈傳送的能量，并轉(zhuǎn)換成交流電壓；對所述交流電壓進行整流變換，以生成直流充電電壓；檢測所述直流充電電壓的幅值，并與設(shè)定的安全閾值進行比較；若充電電壓的幅值超過安全閾值，則調(diào)整接收線圈的頻率，使接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處處于非諧振狀態(tài)，從而使接收線圈接收到的電壓降低。

為了對所述接收線圈的工作頻點進行靈活地調(diào)節(jié)，可以在所述無線充電接收端設(shè)置諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，連接所述的接收線圈，通過諧振匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整接收線圈的頻率；在所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置可選擇性接入的備用電容，在所述備用電容接入網(wǎng)絡(luò)前，調(diào)整所述接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處處于諧振狀態(tài)；在檢測到充電電壓的幅值超過所述安全閾值時，將所述備用電容接入網(wǎng)絡(luò)，使所述接收線圈的頻率點偏離發(fā)射線圈的工作頻率點，繼而達到降低所述充電電壓的目的。

優(yōu)選的，所述備用電容至少設(shè)置一個；將所述備用電容的一端連通所述的接收線圈，另一端通過開關(guān)元件接地，或者將所述備用電容與開關(guān)元件串聯(lián)后，與諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的匹配電容相并聯(lián)；繼而通過改變所述開關(guān)元件的通斷狀態(tài)，以控制所述備用電容選擇性地接入所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明在另一方面提出了一種無線充電接收端的過壓保護電路，包括以諧振方式接收發(fā)射線圈傳送的能量并轉(zhuǎn)換成交流電壓的接收線圈、連接所述接收線圈并用于調(diào)節(jié)所述接收線圈的頻率的諧振匹配網(wǎng)絡(luò)、對所述交流電壓進行整流變換以生成直流充電電壓的整流電路以及檢測電路；所述檢測電路檢測所述直流充電電壓的幅值，并與設(shè)定的安全閾值進行比較；若充電電壓的幅值超過設(shè)定的安全閾值，則控制所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整所述接收線圈的工作頻率，使接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處處于非諧振狀態(tài)，進而使接收線圈接收到的電壓降低。

為了便于調(diào)節(jié)接收線圈的頻點，在所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有可選擇性接入的備用電容，所述檢測電路在檢測到所述充電電壓的幅值超過設(shè)定的安全閾值時，通過控制所述備用電容接入所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，以改變所述接收線圈的頻點，使其偏離所述發(fā)射線圈的工作頻率點，繼而降低所述的充電電壓，達到過壓保護的目的。

作為所述備用電容選擇性接入諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，所述備用電容至少設(shè)置有一個，一端連通所述的接收線圈，另一端通過開關(guān)元件接地；所述檢測電路在檢測到所述充電電壓未超過安全閾值時，控制所述開關(guān)元件斷開，隔離所述的備用電容；在檢測到所述充電電壓超過安全閾值時，控制所述開關(guān)元件導通，使所述備用電容接地，將所述備用電容接入所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)選的，在所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有多個匹配電容，調(diào)節(jié)所述匹配電容的電容值，以調(diào)整所述接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處于諧振狀態(tài)；所述備用電容設(shè)置有兩個，第一個備用電容的一端連接所述接收線圈的一端，接收線圈的另一端通過所述的匹配電容連接第二個備用電容的一端，兩個備用電容的另一端通過所述開關(guān)元件的開關(guān)通路接地，所述開關(guān)元件的控制端連接所述的檢測電路。

作為所述備用電容選擇性接入諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的另外一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，在所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有多個匹配電容，調(diào)節(jié)所述匹配電容的電容值，以調(diào)整所述接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處于諧振狀態(tài)；所述備用電容至少設(shè)置有一個，所述備用電容與開關(guān)元件的開關(guān)通路串聯(lián)后，并聯(lián)在其中一個或者多個所述匹配電容的兩端，所述開關(guān)元件的控制端連接所述的檢測電路，通過控制所述開關(guān)元件通斷，以控制所述備用電容選擇性地接入諧振匹配網(wǎng)絡(luò)。

進一步的，在所述檢測電路中設(shè)置有電壓采樣電路和比較器，所述電壓采樣電路對所述直流充電電壓進行采樣，并形成采樣電壓；所述比較器接收所述采樣電壓，并與參考電壓進行比較，當所述采樣電壓大于所述參考電壓時，輸出有效的控制信號至諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，以調(diào)節(jié)所述接收線圈的頻率，使所述接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處處于非諧振狀態(tài)；其中，所述參考電壓根據(jù)所述安全閾值確定。

優(yōu)選的，所述參考電壓優(yōu)選由所述直流充電電壓通過線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換生成，傳輸至所述比較器的反相輸入端，所述比較器的同相輸入端接收所述的采樣電壓，輸出高電平有效的控制信號至所述的諧振匹配網(wǎng)絡(luò)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：本發(fā)明基于諧振式無線充電技術(shù)設(shè)計的接收端過壓保護電路，采用在接收端接收到的電壓過高時調(diào)整接收線圈的諧振點與發(fā)射線圈的工作頻率點失配的方式，來使得接收線圈的電壓降低，繼而達到了接收端過壓保護的設(shè)計目的。采用這種過壓保護方式，在接收端無需設(shè)置專用的過壓保護器件，一方面可以解決因增設(shè)過壓保護器件所帶來的能量損耗問題，另一方面可以解決過壓保護器件因長期使用而易出現(xiàn)功能失效等問題，繼而顯著改善了接收端的過壓保護效果，有助于延長用電裝置的使用壽命。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實施方式的詳細描述后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提出的無線充電接收端的過壓保護方法的一種實施例的流程圖；

圖2是本發(fā)明所提出的無線充電接收端的過壓保護電路的一種實施例的電路原理框圖；

圖3是圖2所示的過壓保護電路的一種實施例的電路原理圖；

圖4是圖2所示的過壓保護電路的另外一種實施例的電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細地說明。

本實施例基于諧振式無線充電技術(shù)提出了一種過壓保護方法，應(yīng)用在無線充電系統(tǒng)的接收端，可以在接收線圈的電壓過高時，自動調(diào)整接收線圈的頻率點偏離發(fā)射線圈的工作頻點，通過控制接收線圈進入失配狀態(tài)，從而使得接收線圈的電壓降低，繼而達到過壓保護的設(shè)計目的。

其具體實現(xiàn)方法為：結(jié)合圖1所示，首先，根據(jù)不同用電裝置對充電電壓的承受能力，預(yù)先設(shè)定安全閾值。根據(jù)設(shè)定的安全閾值，合理地調(diào)整充電器中的發(fā)射線圈的工作頻率，以滿足充電要求。其次，在無線充電接收端，調(diào)節(jié)其接收線圈的頻率點，使其在發(fā)射線圈的工作頻率點處進入諧振狀態(tài)。由于接收線圈在當前頻率點處的阻抗最低，因此能量轉(zhuǎn)換效率最高，可以對發(fā)射線圈發(fā)射的磁場能量實現(xiàn)高效率的接收和轉(zhuǎn)換。在發(fā)射線圈工作正常時，通過接收線圈接收到的電壓經(jīng)整流濾波等處理后，生成幅值小于安全閾值的直流充電電壓。利用所述直流充電電壓一方面可以為用電裝置中的電池充電，另一方面可以直接提供給用電裝置中的負載電路，滿足其運行時的用電需求。當發(fā)射線圈的輸入電壓較大或者發(fā)射線圈因工作異常導致發(fā)射端電壓較高時，通過接收線圈接收到的充電電壓將隨之升高，可能超出設(shè)定的安全閾值，繼而導致負載電路的過壓損壞。為了對接收端實現(xiàn)過壓保護，本實施例在檢測到所述直流充電電壓的幅值超過設(shè)定的安全閾值時，改變接收線圈的頻率，將已經(jīng)匹配的接收線圈調(diào)整到失配狀態(tài)，即讓接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處處于非諧振狀態(tài)，從而使得接收線圈的電壓降低，達到過壓保護的目的。

為了對接收線圈的頻點實現(xiàn)靈活地調(diào)整，可以在無線充電接收端設(shè)置諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，連接所述的接收線圈，通過調(diào)節(jié)諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的匹配電容的參數(shù)值，以調(diào)整接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處進入諧振狀態(tài)。在接收端的電壓過高時，為了使接收線圈的頻點發(fā)生偏移，進入非諧振狀態(tài)，本實施例在諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中增設(shè)可選擇性地接入的備用電容，通過控制備用電容在接收端電壓超過安全閾值時接入到諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中，從而使接收線圈的頻率偏離諧振點，進入失配狀態(tài)。此時，接收線圈的回波損耗增大，阻抗增加，繼而使得通過接收線圈接收到的充電電壓降低，起到過壓保護的作用。

基于上述設(shè)計思想，本實施例在無線充電接收端設(shè)計了一套過壓保護電路，如圖2所示，包括諧振匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路、檢測電路、開關(guān)元件、備用電容等主要組成部分。其中，諧振匹配網(wǎng)絡(luò)連接無線充電接收端的接收線圈，用于對接收線圈的頻率進行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的匹配電容的電容值，使接收線圈與諧振匹配網(wǎng)絡(luò)在發(fā)射線圈的工作頻率點處發(fā)生串聯(lián)諧振，繼而以諧振方式接收發(fā)射線圈傳送的能量，并轉(zhuǎn)換生成交流電壓。利用整流電路對接收線圈轉(zhuǎn)換輸出的交流電壓進行整流變換，以形成直流充電電壓，為用電裝置中的負載電路供電，并為用電裝置中的電池充電。利用檢測電路對所述直流充電電壓的幅值進行采樣檢測，并與預(yù)先設(shè)定的安全閾值進行比較，若直流充電電壓的幅值未超過安全閾值，則表示接收線圈接收到的電壓正常，控制開關(guān)元件保持默認的斷開狀態(tài)。將備用電容連接至所述開關(guān)元件，當開關(guān)元件斷開時，控制所述備用電容與諧振匹配網(wǎng)絡(luò)隔離，保持接收線圈的諧振狀態(tài)。當檢測電路檢測到充電電壓的幅值超過設(shè)定的安全閾值時，表示接收線圈接收到的電壓過高，需要執(zhí)行過壓保護操作。此時，檢測電路輸出控制信號，控制所述開關(guān)元件閉合，將備用電容接入諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，繼而改變接收線圈的頻率點，使其偏離諧振點。此時，接收線圈的回波損耗增大，即接收線圈在發(fā)射線圈的工作頻率點處處于非諧振狀態(tài)，阻抗增大，接收線圈接收到的電壓降低，從而起到保護用電裝置中的負載電路的作用。

下面結(jié)合圖3、圖4，對本實施例的過壓保護電路的具體電路結(jié)構(gòu)及其工作原理進行詳細的闡述。

如圖3所示，在本實施例中，所述諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有多路并聯(lián)的匹配電容，例如匹配電容C3、C4、C5。將匹配電容C3、C4、C5并聯(lián)后，與接收線圈L1相串聯(lián)，配置所述匹配電容C3、C4、C5的電容值，以使接收線圈L1與諧振匹配網(wǎng)絡(luò)在發(fā)射線圈的工作頻率點處發(fā)生串聯(lián)諧振。利用接收線圈L1接收發(fā)射線圈傳送的能量，并轉(zhuǎn)換成交流電壓傳輸至整流電路。所述整流電路對接收線圈L1生成的交流電壓進行整流變換，生成直流電壓經(jīng)由濾波電路進行波形整形后，輸出穩(wěn)定的直流充電電壓Vin，傳輸至負載電路或者為用電裝置中的電池充電。在檢測電路中設(shè)計電壓采樣電路和比較器U1，利用電壓采樣電路對所述直流充電電壓Vin進行采樣，生成采樣電壓Vo傳輸至比較器U1的其中一個輸入端（例如，傳輸至比較器U1的同相輸入端+），在比較器U1的另外一個輸入端連接參考電壓Vref（例如，在比較器U1的反相輸入端-連接參考電壓Vref），所述參考電壓Vref應(yīng)根據(jù)設(shè)定的安全閾值確定。作為本實施例的一種優(yōu)選設(shè)計方案，可以利用線性穩(wěn)壓器LDO對所述直流充電電壓Vin進行穩(wěn)壓變換，以生成穩(wěn)定的參考電壓Vref。將比較器U1的輸出端連接至開關(guān)元件K的控制端，利用比較器U1輸出的高低電平信號控制開關(guān)元件K通斷，進而改變備用電容C1、C2在諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的接入或隔離狀態(tài)。在本實施例中，所述備用電容C1、C2可以設(shè)置一路，也可以設(shè)置多路，可以采用將備用電容C1或C2的一端連通接收線圈L1，另一端通過開關(guān)元件K的開關(guān)通路接地的方式，實現(xiàn)備用電容C1或C2的選擇性接入，如圖3所示。當然，也可以采用將備用電容C1與開關(guān)元件K的開關(guān)通路串聯(lián)后，并聯(lián)在其中一路或者多路匹配電容C3、C4或C5的兩端的方式，來實現(xiàn)備用電容C1在諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的選擇性接入，如圖4所示。

圖3示出了設(shè)置兩路備用電容C1、C2的電路設(shè)計方式，將其中一路備用電容C2的一端連接至所述接收線圈L1的一端，接收線圈L1的另一端通過與其串聯(lián)的匹配電容C3、C4、C5的并聯(lián)支路連接另外一路備用電容C1的一端，將兩路備用電容C1、C2的另一端連接至開關(guān)元件K的開關(guān)通路，并通過所述開關(guān)元件K的開關(guān)通路接地。

當發(fā)射端工作正常時，通過接收線圈L1接收并生成的交流電壓經(jīng)由整流電路和濾波電路整流濾波處理后輸出的直流充電電壓Vin的幅值小于設(shè)定的安全閾值，此時通過電壓采樣電路采集到的采樣電壓Vo小于參考電壓Vref，比較器U1輸出低電平信號，控制開關(guān)元件K保持默認的斷開狀態(tài)。此時，備用電容C1、C2未接入諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，接收線圈L1工作在諧振狀態(tài)下。

當發(fā)射線圈接收到的輸入電壓較大或者發(fā)射線圈因工作異常導致發(fā)射端電壓較高時，通過接收線圈L1接收并生成的交流電壓經(jīng)由整流電路和濾波電路整流濾波處理后輸出的直流充電電壓Vin的幅值升高，超過了設(shè)定的安全閾值。此時，通過電壓采樣電路采集到的采樣電壓Vo大于參考電壓Vref，比較器U1輸出高電平有效的控制信號，控制開關(guān)元件K導通，進而使備用電容C1、C2的另一端接地。此時，備用電容C1、C2接入諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，導致接收線圈L1的工作頻點發(fā)生變化，偏離了諧振點。此時，接收線圈L1的回波損耗增大，阻抗升高，繼而使得通過接收線圈L1接收到的電壓降低，由此起到了過壓保護的作用。

圖4示出了另外一種將備用電容C1選擇性接入到諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的電路設(shè)計。即，將備用電容C1與開關(guān)元件K的開關(guān)通路串聯(lián)后，并聯(lián)在諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的其中一路匹配電容C5的兩端。當充電電壓Vin未超過設(shè)定的安全閾值時，比較器U1輸出低電平信號，控制開關(guān)元件K保持斷開狀態(tài)，使備用電容C1隔離諧振匹配網(wǎng)絡(luò)。當發(fā)射端電壓異常，導致接收端的充電電壓Vin超過設(shè)定的安全閾值時，則比較器U1輸出高電平有效的控制信號，控制開關(guān)元件K導通，將備用電容C1接入諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，并與匹配電容C5相并聯(lián)，繼而改變接收線圈L1的工作頻點，使接收線圈L1與發(fā)射線圈失配，接收線圈L1在發(fā)射線圈的工作頻率點處不再處于諧振狀態(tài)，從而阻抗增大，接收到的電壓降低，達到了過壓保護的目的。

當然，所述備用電容也可以采用其他方式選擇性地接入到諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中，以實現(xiàn)對接收線圈L1的工作頻點的調(diào)整。

在本實施例中，所述開關(guān)元件K可以選用晶體管、可控硅、場效應(yīng)管等具有開關(guān)作用的電子元件，本實施例對此不進行具體限制。

本發(fā)明的無線充電接收端的過壓保護技術(shù)，采用調(diào)節(jié)接收線圈的工作頻點偏離諧振點的方式來降低接收端電壓，相比傳統(tǒng)使用過壓保護器件的電路設(shè)計方式，電路工作更加可靠，不會因為過壓保護器件的失效而導致功能的喪失，極大提高了用電裝置充電的安全性。

當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。