供電裝置、集成電路、電能發(fā)射端和阻抗匹配方法
【專利摘要】公開了一種諧振型非接觸供電裝置、集成電路、電能發(fā)射端和阻抗匹配方法。所述諧振型非接觸供電裝置包括:變換器，將輸入電源信號變換為可調(diào)節(jié)直流電壓；逆變器，接收所述可調(diào)節(jié)直流電壓輸出具有漏感諧振頻率的交流電壓；發(fā)射側(cè)諧振電路，包括發(fā)射線圈，用于從所述逆變器接收所述交流電壓；接收側(cè)諧振電路，包括接收線圈，所述接收線圈與所述發(fā)射線圈分離地以非接觸方式耦合，所述接收側(cè)諧振電路用于從所述發(fā)射線圈接收電能；控制電路，根據(jù)所述逆變器輸出的交流電壓和交流電流的相位差控制所述變換器調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)直流電壓，使得所述相位差保持為預(yù)定角度值。由此，可以使得阻抗匹配不受負(fù)載阻抗的限制，提高電路阻抗匹配的可控性和可調(diào)節(jié)性。
【專利說明】供電裝置、集成電路、電能發(fā)射端和阻抗匹配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，尤其涉及一種供電裝置、集成電路、電能發(fā)射端和阻抗 匹配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 非接觸供電技術(shù)基于其方便實(shí)用的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品領(lǐng)域，尤其是小功 率電子產(chǎn)品行業(yè)如移動電話、MP3播放器、數(shù)碼照相機(jī)、便攜式電腦等。現(xiàn)有技術(shù)的非接觸 供電裝置通常包含有一個由發(fā)射線圈L1和接收線圈L2構(gòu)成的變壓器，通常利用變壓器發(fā) 射線圈、接收線圈間磁場耦合的性能將能量從電能發(fā)射端向電能接收端傳送。
[0003] 為了提升電能傳輸效率，通常會在非接觸供電裝置的諧振和磁耦合電路中加入無 源的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。例如，如圖1所示，在發(fā)射側(cè)諧振電路加入LC阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)01，使流過 前級高頻逆變電路功率開關(guān)器件和初級發(fā)射線圈上的電流能夠有效的降低。同時，在接收 偵B皆振電路的輸出端口并聯(lián)匹配電容C m，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整從負(fù)載向發(fā)射端觀察的阻 抗和接收端的諧振頻率，使得諧振和磁耦合電路能夠在比較寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的輸 出電壓，來獲得較高的能量傳輸效率。
[0004] 但是，實(shí)際的負(fù)載阻抗和設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)時的理論阻抗往往不同，同時，無源的阻抗 匹配網(wǎng)絡(luò)會增加裝置的體積和重量，其可控性和可調(diào)節(jié)性也較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，提供一種諧振型非接觸供電裝置、集成電路、電能發(fā)射端和阻抗匹配方 法，使得阻抗匹配可以不受負(fù)載阻抗的限制，提高電路阻抗匹配的可控性和可調(diào)節(jié)性。
[0006] 第一方面，提供一種諧振型非接觸供電裝置，包括：
[0007] 變換器，將輸入電源信號變換為可調(diào)節(jié)直流電壓；
[0008] 逆變器，接收所述可調(diào)節(jié)直流電壓輸出具有漏感諧振頻率的交流電壓；
[0009] 發(fā)射側(cè)諧振電路，包括發(fā)射線圈，用于從所述逆變器接收所述交流電壓；
[0010] 接收側(cè)諧振電路，包括接收線圈，所述接收線圈與所述發(fā)射線圈分離地以非接觸 方式耦合，所述接收側(cè)諧振電路用于從所述發(fā)射線圈接收電能；
[0011] 控制電路，根據(jù)所述逆變器輸出的交流電壓和交流電流的相位差控制所述變換器 調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)直流電壓，使得所述相位差保持為預(yù)定角度值。
[0012] 優(yōu)選地，所述預(yù)定角度值為大于等于50度小于等于60度的角度值。
[0013] 優(yōu)選地，所述預(yù)定角度值為55度。
[0014] 優(yōu)選地，所述控制電路包括：
[0015] 電流相位檢測電路，用于檢測所述交流電流的相位輸出電流相位信號；
[0016] 補(bǔ)償信號生成電路，根據(jù)所述逆變器控制信號和所述電流相位信號獲取所述相位 差，并根據(jù)所述相位差與所述預(yù)定角度值生成補(bǔ)償信號；
[0017] 控制信號生成電路，根據(jù)所述變換器反饋的功率級電路電流和所述補(bǔ)償信號輸出 控制信號，所述控制信號用于控制所述變換器調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)直流電壓。
[0018] 優(yōu)選地，所述補(bǔ)償信號生成電路獲取相位差信號，并根據(jù)所述相位差信號以及角 度值閾值信號生成所述補(bǔ)償信號；
[0019] 所述相位差信號與所述相位差成比例，所述角度值閾值信號與所述預(yù)定角度值成 比例。
[0020] 優(yōu)選地，所述補(bǔ)償信號生成電路包括：
[0021] 與邏輯電路，輸入所述電流相位信號和所述逆變器控制信號輸出相位差寬度信 號，所述相位差寬度信號具有與所述相位差對應(yīng)的脈沖寬度；
[0022] 平均電路，對所述相位差寬度信號進(jìn)行平均輸出所述相位差信號；
[0023] 誤差放大電路，比較所述相位差信號和所述角度值閾值信號輸出誤差放大信號；
[0024] 補(bǔ)償電路，對所述誤差放大信號進(jìn)行補(bǔ)償生成所述補(bǔ)償信號。
[0025] 第二方面，提供一種集成電路，用于諧振型非接觸電能發(fā)射端，包括：
[0026] 變換器，將輸入電源信號變換為可調(diào)節(jié)直流電壓；
[0027] 逆變器，接收所述可調(diào)節(jié)直流電壓輸出具有漏感諧振頻率的交流電壓，所述交流 電壓驅(qū)動諧振型非接觸電能發(fā)射端的發(fā)射側(cè)諧振電路傳輸電能；
[0028] 控制電路，根據(jù)所述逆變器輸出的交流電壓和交流電流的相位差控制所述變換器 調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)直流電壓，使得所述相位差保持為預(yù)定角度值。
[0029] 優(yōu)選地，所述預(yù)定角度值為大于等于50度小于等于60度的角度值。
[0030] 優(yōu)選地，所述預(yù)定角度值為55度。
[0031] 優(yōu)選地，所述控制電路包括：
[0032] 電流相位檢測電路，用于檢測所述交流電流的相位輸出電流相位信號；
[0033] 補(bǔ)償信號生成電路，根據(jù)所述逆變器控制信號和所述電流相位信號獲取所述相位 差，并根據(jù)所述相位差與所述預(yù)定角度值生成補(bǔ)償信號；
[0034] 控制信號生成電路，根據(jù)所述變換器反饋的功率級電路電流和所述補(bǔ)償信號輸出 控制信號，所述控制信號用于控制所述變換器調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)直流電壓。
[0035] 優(yōu)選地，所述補(bǔ)償信號生成電路獲取相位差信號，并根據(jù)所述相位差信號以及角 度值閾值信號生成所述補(bǔ)償信號；
[0036] 所述相位差信號與所述相位差成比例，所述角度值閾值信號與所述預(yù)定角度值成 比例。
[0037] 優(yōu)選地，所述補(bǔ)償信號生成電路包括：
[0038] 與邏輯電路，輸入所述電流相位信號和所述逆變器控制信號輸出相位差寬度信 號，所述相位差寬度信號具有與所述相位差對應(yīng)的脈沖寬度；
[0039] 平均電路，對所述相位差寬度信號進(jìn)行平均輸出所述相位差信號；
[0040] 誤差放大電路，比較所述相位差信號和所述角度值閾值信號輸出誤差放大信號；
[0041] 補(bǔ)償電路，對所述誤差放大信號進(jìn)行補(bǔ)償生成所述補(bǔ)償信號。
[0042] 第三方面，提供一種諧振型非接觸電能發(fā)射端，包括如上所述的集成電路和發(fā)射 側(cè)諧振電路；
[0043] 所述發(fā)射側(cè)諧振電路包括發(fā)射線圈，用于從所述逆變器接收所述交流電壓。
[0044] 第四方面，提供一種阻抗匹配方法，用于對諧振型非接觸供電裝置進(jìn)行阻抗匹配， 包括：
[0045] 將輸入電源信號變換為可調(diào)節(jié)直流電壓輸入到逆變器；
[0046] 根據(jù)所述逆變器輸出的交流電壓和交流電流的相位差控制所述可調(diào)節(jié)直流電壓， 使得所述相位差保持為預(yù)定角度值。
[0047] 優(yōu)選地，所述預(yù)定角度值為大于等于50度小于等于60度的角度值。
[0048] 優(yōu)選地，所述預(yù)定角度值為55度。
[0049] 通過在逆變電路前設(shè)置變換器，使得諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路 的輸入電壓可調(diào)，通過調(diào)節(jié)輸入到諧振與磁耦合電路的電壓可以使得阻抗匹配不受負(fù)載阻 抗的限制，大大提高電路阻抗匹配的可控性和可調(diào)節(jié)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050] 通過以下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和 優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：
[0051] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中帶有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的諧振與磁耦合電路的示意圖；
[0052] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的諧振型非接觸供電裝置的電路示意圖；
[0053] 圖3A-3C是本發(fā)明實(shí)施例的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的等效 電路不意圖；
[0054] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的一個優(yōu)選的控制電路的電路示意圖；
[0055] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的一個優(yōu)選的補(bǔ)償信號生成電路的電路示意圖；
[0056] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的補(bǔ)償信號生成電路的工作波形圖；
[0057] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的一個優(yōu)選的控制信號生成電路的電路示意圖；
[0058] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例的阻抗匹配方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0059] 以下基于實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下 文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有 這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過 程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。
[0060] 此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且 附圖不一定是按比例繪制的。
[0061] 同時，應(yīng)當(dāng)理解，在以下的描述中，"電路"是指由至少一個元件或子電路通過電氣 連接或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路"連接到"另一元件或稱元件/電路"連 接在"兩個節(jié)點(diǎn)之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件 之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件"直接耦接到"或"直 接連接到"另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。
[0062] 除非上下文明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的"包括"、"包含"等類似 詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是"包括但不限于"的含 義。
[0063] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"第一"、"第二"等僅用于描述目的，而不 能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，"多個"的含義 是兩個或兩個以上。
[0064] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的諧振型非接觸供電裝置的電路示意圖。如圖2所示，諧振 型非接觸供電裝置10包括電能發(fā)射端11和電能接收端12。
[0065] 其中，電能發(fā)射端11包括變換器111、逆變器112、發(fā)射側(cè)諧振電路113和控制電 路 114。
[0066] 變換器111將輸入電源信號\變換為可調(diào)節(jié)直流電壓vin。輸入電源信號v s可以 為交流電源信號，對應(yīng)地，變換器111為交流-直流變換器。輸入電源信號￥3也可以是直 流電源信號，對應(yīng)地，變換器111為直流-直流變換器。變換器可以為開關(guān)型變換器。
[0067] 逆變器112接收可調(diào)節(jié)直流電壓vin輸出具有漏感諧振頻率的交流電壓v a。。在本 實(shí)施例中，漏感諧振頻率是指將發(fā)射線圈和接收線圈的自感解耦為漏感和互感兩部分，使 得解耦后發(fā)射側(cè)諧振電路中漏感和諧振電容的阻抗以及接收側(cè)諧振電路的漏感和諧振電 容阻抗均相互抵消的諧振頻率。當(dāng)電路工作在漏感諧振頻率下時，系統(tǒng)效率較高。
[0068] 發(fā)射側(cè)諧振電路113包括發(fā)射線圈L1，用于從逆變器112接收交流電壓va。，并受 交流電壓v a。驅(qū)動向電能接收端12傳輸電能。為了平衡發(fā)射側(cè)諧振電路113的漏感抗和接 收側(cè)諧振電路121的反射感抗以及電路中由寄生參數(shù)引起的感抗，消除高頻下由于這些寄 生參數(shù)存在而產(chǎn)生的電壓尖峰和浪涌電流，減小電磁干擾和電源噪聲并達(dá)到減小電源的視 在功率，提高電源的功率因數(shù)，發(fā)射側(cè)諧振電路112中可以加入發(fā)射側(cè)諧振電容C s，其與發(fā) 射線圈L1串聯(lián)或并聯(lián)，以與發(fā)射線圈L1形成諧振電路。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解， 在某些情況下可以利用電路的分布電容（例如發(fā)射線圈導(dǎo)線之間的分布電容）來作為發(fā)射 側(cè)諧振電容，從而不必在電路中設(shè)置獨(dú)立的電容元件。
[0069] 控制電路114根據(jù)逆變器112輸出的交流電壓va。和交流電流ia。的相位差Λ Φ 輸出控制信號Q，控制信號Q用于控制變換器111調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)直流電壓va。，使得相位差Λ Φ 保持為預(yù)定角度值ΦΛ。
[0070] 電能接收端12可以以分離地以及非接觸方式耦合到發(fā)射端11接收電能，其包括 接收側(cè)諧振電路121。接收側(cè)諧振電路121包括接收線圈L2,接收線圈L2與發(fā)射線圈L1 分離地以非接觸方式耦合，接收側(cè)諧振電路112用于從發(fā)射線圈接收電能。同時，為了減小 電能接收端12消耗的無功功率，增大諧振與磁耦合電路傳輸?shù)挠泄β?，接收?cè)諧振電路 121可以加入接收側(cè)諧振電容C d。如上所述，接收側(cè)諧振電容Cd可以利用電路其它元件的 分布電容（例如線圈導(dǎo)線之間的分布電容）來實(shí)現(xiàn)，從而不必在電路中設(shè)置專門的電容元 件。
[0071] 電能接收端12通常還可以包括整流電路，對接收側(cè)諧振電路接收的信號進(jìn)行整 流。
[0072] 負(fù)載可以連接在整流電路的輸出端口。
[0073] 圖3A是本發(fā)明實(shí)施例的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的等效電路 示意圖，也即發(fā)射側(cè)諧振電路113和接收側(cè)諧振電路121的電路示意圖。
[0074] 如圖3A所示，發(fā)射線圈L1可以等效為第一理想線圈Ls以及線圈電阻Rs，同樣，接 收線圈L2可以等效為第二理想線圈L d以及線圈電阻Rd。第一理想線圈Ls和第二理想線 圈1^相互耦合。在圖3A中，發(fā)射側(cè)諧振電路113和接收側(cè)諧振電路121均采用串聯(lián)諧振的 方式來組成諧振電路，其中，發(fā)射側(cè)諧振電路113具有發(fā)射側(cè)諧振電容Cs，接收側(cè)諧振電路 121具有接收側(cè)諧振電容Cd。如上所述，發(fā)射側(cè)諧振電容Cs和接收側(cè)諧振電容Cd可以為集 中元件或者利用其它元件的分布參數(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0075] 由此，諧振與磁耦合電路構(gòu)成一互感耦合電路。
[0076] 通常，為了使得發(fā)射側(cè)諧振電路113和接收側(cè)諧振電路121能夠以諧振方式傳遞 能量，兩者具有相同的諧振頻率，也即：
[0077]

【權(quán)利要求】
1. 一種諧振型非接觸供電裝置，包括： 變換器，將輸入電源信號變換為可調(diào)節(jié)直流電壓； 逆變器，接收所述可調(diào)節(jié)直流電壓輸出具有漏感諧振頻率的交流電壓； 發(fā)射側(cè)諧振電路，包括發(fā)射線圈，用于從所述逆變器接收所述交流電壓； 接收側(cè)諧振電路，包括接收線圈，所述接收線圈與所述發(fā)射線圈分離地以非接觸方式 耦合，所述接收側(cè)諧振電路用于從所述發(fā)射線圈接收電能； 控制電路，根據(jù)所述逆變器輸出的交流電壓和交流電流的相位差控制所述變換器調(diào)節(jié) 所述可調(diào)節(jié)直流電壓，使得所述相位差保持為預(yù)定角度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型非接觸供電裝置，其特征在于，所述預(yù)定角度值為大 于等于50度小于等于60度的角度值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振型非接觸供電裝置，其特征在于，所述預(yù)定角度值為55 度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型非接觸供電裝置，其特征在于，所述控制電路包括： 電流相位檢測電路，用于檢測所述交流電流的相位輸出電流相位信號； 補(bǔ)償信號生成電路，根據(jù)所述逆變器控制信號和所述電流相位信號獲取所述相位差， 并根據(jù)所述相位差與所述預(yù)定角度值生成補(bǔ)償信號； 控制信號生成電路，根據(jù)所述變換器反饋的功率級電路電流和所述補(bǔ)償信號輸出控制 信號，所述控制信號用于控制所述變換器調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)直流電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧振型非接觸供電裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償信號生成電 路獲取相位差信號，并根據(jù)所述相位差信號以及角度值閾值信號生成所述補(bǔ)償信號； 所述相位差信號與所述相位差成比例，所述角度值閾值信號與所述預(yù)定角度值成比 例。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧振型非接觸供電裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償信號生成電 路包括： 與邏輯電路，輸入所述電流相位信號和所述逆變器控制信號輸出相位差寬度信號，所 述相位差寬度信號具有與所述相位差對應(yīng)的脈沖寬度； 平均電路，對所述相位差寬度信號進(jìn)行平均輸出所述相位差信號； 誤差放大電路，比較所述相位差信號和所述角度值閾值信號輸出誤差放大信號； 補(bǔ)償電路，對所述誤差放大信號進(jìn)行補(bǔ)償生成所述補(bǔ)償信號。
7. -種集成電路，用于諧振型非接觸電能發(fā)射端，包括： 變換器，將輸入電源信號變換為可調(diào)節(jié)直流電壓； 逆變器，接收所述可調(diào)節(jié)直流電壓輸出具有漏感諧振頻率的交流電壓，所述交流電壓 驅(qū)動諧振型非接觸電能發(fā)射端的發(fā)射側(cè)諧振電路傳輸電能； 控制電路，根據(jù)所述逆變器輸出的交流電壓和交流電流的相位差控制所述變換器調(diào)節(jié) 所述可調(diào)節(jié)直流電壓，使得所述相位差保持為預(yù)定角度值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路，其特征在于，所述預(yù)定角度值為大于等于50度小 于等于60度的角度值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成電路，其特征在于，所述預(yù)定角度值為55度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路，其特征在于，所述控制電路包括： 電流相位檢測電路，用于檢測所述交流電流的相位輸出電流相位信號； 補(bǔ)償信號生成電路，根據(jù)所述逆變器控制信號和所述電流相位信號獲取所述相位差， 并根據(jù)所述相位差與所述預(yù)定角度值生成補(bǔ)償信號； 控制信號生成電路，根據(jù)所述變換器反饋的功率級電路電流和所述補(bǔ)償信號輸出控制 信號，所述控制信號用于控制所述變換器調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)直流電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的集成電路，其特征在于，所述補(bǔ)償信號生成電路獲取相位 差信號，并根據(jù)所述相位差信號以及角度值閾值信號生成所述補(bǔ)償信號； 所述相位差信號與所述相位差成比例，所述角度值閾值信號與所述預(yù)定角度值成比 例。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的集成電路，其特征在于，所述補(bǔ)償信號生成電路包括： 與邏輯電路，輸入所述電流相位信號和所述逆變器控制信號輸出相位差寬度信號，所 述相位差寬度信號具有與所述相位差對應(yīng)的脈沖寬度； 平均電路，對所述相位差寬度信號進(jìn)行平均輸出所述相位差信號； 誤差放大電路，比較所述相位差信號和所述角度值閾值信號輸出誤差放大信號； 補(bǔ)償電路，對所述誤差放大信號進(jìn)行補(bǔ)償生成所述補(bǔ)償信號。
13. -種諧振型非接觸電能發(fā)射端，包括根據(jù)權(quán)利要求7-12任一項(xiàng)所述的集成電路和 發(fā)射側(cè)諧振電路； 所述發(fā)射側(cè)諧振電路包括發(fā)射線圈，用于從所述逆變器接收所述交流電壓。
14. 一種阻抗匹配方法，用于對諧振型非接觸供電裝置進(jìn)行阻抗匹配，包括： 將輸入電源信號變換為可調(diào)節(jié)直流電壓輸入到逆變器； 根據(jù)所述逆變器輸出的交流電壓和交流電流的相位差控制所述可調(diào)節(jié)直流電壓，使得 所述相位差保持為預(yù)定角度值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述預(yù)定角度值為大于等于 50度小于等于60度的角度值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述預(yù)定角度值為55度。
【文檔編號】H02J17/00GK104065179SQ201410304778
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】余峰, 趙晨 申請人:南京矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)有限公司