一种用于控制输出电压的电路及方法
【专利摘要】本申请提供了一种用于控制输出电压的电路及方法，包括：一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈；所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容；所述多个谐振电容为并联方式；所述每个谐振电容串联一个所述开关管；当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联；当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈。通过控制开关管的通断，进而改变接收谐振线圈与一个或多个谐振电容的谐振度，能够控制输出电压的电压值，解决了输出电压超过终端电器的承受电压范围，发热现象严重，甚至会烧毁终端电器的问题。
【专利说明】
一种用于控制输出电压的电路及方法
技术领域
[0001]本发明涉及无线供电领域，更具体的说，涉及一种用于控制输出电压的电路及方法。
【背景技术】
[0002]磁共振无线供电是通过一个没有磁芯的变压器在同一个磁场中耦合来实现的，发射线圈相当于变压器的初级，接收线圈相当于变压器的次级，初级与次级之间有一定的距离，介质是空气或真空。接收谐振环作为无线供电的受体，它的性能影响接收电路的各种参数，如电压、电流、纹波、热稳定性等。
[0003]在传统变压器中，耦合后的电压与线圈的匝数成正比，耦合后的电流与线圈的匝数成反比。但在磁共振状态下，接收线圈产生的电压、电流与线圈的匝数的关系就没有那么简单，就电压而言，次级线圈匝数相同的情况下，磁共振的接收电压可能是磁感应的数倍、数十倍，甚至数百倍，输出电压超过终端电器的承受电压范围，发热现象严重，甚至会烧毁终端电器。因此，亟需一种能够控制输出电压的方法。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种用于控制输出电压的电路及方法，以解决输出电压超过终端电器的承受电压范围，发热现象严重，甚至会烧毁终端电器的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
[0006]—种用于控制输出电压的电路，其特征在于，所述电路包括:
[0007]一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈；
[0008]所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容;所述多个谐振电容为并联方式;所述每个谐振电容串联一个所述开关管；
[0009]当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联；
[0010]当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后，与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈。
[0011]优选地，所述电路还包括自由谐振电容，所述自由谐振电容与所述接收谐振线圈并联或串联。
[0012]优选地，当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联，将谐振电容与接收谐振线圈的连接点与所述电路的整流器和滤波电容依次连接；
[0013]当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后，与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈，将谐振电容与接收谐振线圈的连接点与所述整流器和滤波电容依次连接。
[0014]优选地，所述开关管为IGBT管或MOSFET管。
[0015]优选地，所述开关管为两个IGBT管或MOSFET管反向串联连接。
[0016]优选地，所述谐振电容的数量为三个。
[0017]优选地，所述谐振电容的数量为两个。
[0018]—种用于控制输出电压的方法，应用于用于控制输出电压的电路，所述电路包括:
[0019]一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈；
[0020]所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容;所述多个谐振电容为并联方式;所述每个谐振电容串联一个所述开关管；
[0021]当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联；
[0022]当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈；
[0023]所述方法包括:
[0024]通过控制所述开关管的通断，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度。
[0025]优选地，所述通过控制所述开关管的通断，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度，具体包括:
[0026]通过给所述开关管的栅极输入高低电平信号或脉冲宽度调制信号控制所述每个等效谐振电容的充放电，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度。
[0027]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0028]本发明提供了一种用于控制输出电压的电路及方法，包括:一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈；所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容;所述多个谐振电容为并联方式;所述每个谐振电容串联一个所述开关管；当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联；当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈。本发明中通过控制开关管的通断，进而改变接收谐振线圈与一个或多个谐振电容的谐振度，能够控制输出电压的电压值，解决了输出电压超过终端电器的承受电压范围，发热现象严重，甚至会烧毁终端电器的问题。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030]图1为接收谐振线圈与等效谐振电容并联谐振接收示意图；
[0031]图2为接收谐振线圈与等效谐振电容串联谐振接收示意图；
[0032]图3为本发明实施例一提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0033]图4为本发明实施例二提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0034]图5为本发明实施例三提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0035]图6为本发明实施例四提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0036]图7为本发明实施例五提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0037]图8为本发明实施例六提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0038]图9为本发明实施例七提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0039]图10为本发明实施例八提供的用于控制输出电压的电路的电路示意图；
[0040]图11为本发明实施例九提供的用于控制输出电压的方法中的电路示意图；
[0041]图12为本发明实施例十提供的用于控制输出电压的方法中的电路示意图；
[0042]图13为本发明实施例十一提供的用于控制输出电压的方法中的电路示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]为了本领域的技术人员能够更加清楚的了解本发明，现将本发明的应用场景进行一下说明，具体参照图1和图2。
[0045]图1为接收谐振线圈与等效谐振电容并联谐振接收示意图。其中，L2为接收谐振线圈，C2为等效谐振电容，箭头代表磁场，T1、T2代表输出端。
[0046]图2为接收谐振线圈与等效谐振电容串联谐振接收示意图。其中，L2为接收谐振线圈，C2为等效谐振电容，箭头代表磁场，Τ1、Τ2代表输出端。
[0047]具体的，接收谐振线圈与等效谐振电容谐振时，线圈两端输出电压，所述电压经过整流和滤波后，为终端电器供电。
[0048]本发明提供了一种用于控制输出电压的电路，所述电路包括:
[0049]一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈；
[0050]所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容;所述多个谐振电容为并联方式;所述每个谐振电容串联一个所述开关管；
[0051]当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联；
[0052]当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈。
[0053]可选的，本发明的另一实施例中，所述谐振电容的数量为三个。
[0054]可选的，本发明的另一实施例中，所述谐振电容的数量为两个。
[0055]具体参照图3、图4、图5和图6。图3中使用了三个谐振电容，电路为并联谐振环电路。其中，L2为接收谐振线圈，C2A、C2B、C2C为三个谐振电容，KA、KB、KC为开关管，Τ1、Τ2代表输出端，箭头代表磁场。当开关管ΚΑ、ΚΒ或KC断开或接通时，能够调节谐振电容与接收谐振线圈L2的谐振度，例如，当KA、ΚΒ和KC全部断开时，此时谐振度最小，当KA、ΚΒ和KC逐一接通时，谐振度逐渐增大，当ΚΑ、ΚΒ和KC全部接通时，谐振度最大。通过控制谐振度进而控制输出电压。
[0056]图4中使用三个谐振电容，电路为串联谐振环电路。其中，L2为接收谐振线圈，C2A、C2B、C2C为谐振电容，KA、KB、KC为开关管，Tl、Τ2代表输出端，箭头代表磁场。具体工作原理同图3，在此不再赘述。
[0057]图5和图6介绍了三个谐振电容组成等效谐振电容的情况。
[0058]图5中电路为并联谐振环电路。图中，L2为接收谐振线圈，C2A、C2B、C2C为谐振电容，T1、T2代表输出端，箭头代表磁场。具体的，C2A、C2B、C2C三个谐振电容组成图1中的等效谐振电容C2，接收谐振线圈L2与谐振电容C2A、C2B和C2C并联。
[0059]图6电路为串联谐振环电路，L2为接收谐振线圈，C2A、C2B、C2C为谐振电容，T1、T2代表输出端，箭头代表磁场。具体的，C2A、C2B、C2C三个谐振电容组成图2中的等效谐振电容C2，接收谐振线圈L2与谐振电容C2A、C2B和C2C串联。
[0060]本实施例中通过控制开关管的通断，进而改变接收谐振线圈与一个或多个谐振电容的谐振度，能够控制输出电压的电压值，解决了输出电压超过终端电器的承受电压范围，发热现象严重，甚至会烧毁终端电器的问题。
[0061]可选的，本发明的另一实施例中，所述电路还包括自由谐振电容，所述自由谐振电容与所述接收谐振线圈并联或串联。具体参照图1。
[0062]图7中包含自由谐振电容，电路为并联谐振环电路。图中，L2为接收谐振线圈，Cl为自由谐振电容，C2A、C2B、C2C为谐振电容，KA、KB、KC为开关管。Τ1、Τ2代表输出端，箭头代表磁场。
[0063]本实施例中，接收谐振线圈L2与自由谐振电容Cl谐振，使系统始终保持一定的谐振度。当开关管ΚΑ、ΚΒ或KC断开或接通时，能够改变接收谐振线圈L2与自由谐振电容Cl的谐振度，输出合适的电压。
[0064]可选的，本发明的另一实施例中，所述开关管为IGBT管或MOSFET管。
[0065]可选的，本发明的另一实施例中，所述开关管为两个IGBT管或MOSFET管反向串联连接。
[0066]本发明中，开关管为一个IGBT管或MOSFET管，也可以为两个IGBT管或MOSFET管反向串联连接。具体参照图8和图9。
[0067]图8介绍了MOSFET管与谐振电容的工作原理。具体的，C2为等效谐振电容，MOSFET管101与等效谐振电容C2串联。当MOSFET管101导通时，等效谐振电容C2既可以充电也可以放电，当MOSFET管1I断开时，等效谐振电容C2可以充电但不可以放电。
[0068]图9介绍了两个MOSFET管反向串联后与谐振电容串联的情况。具体的，两个MOSFET管101工作于同步状态，C21、C22为谐振电容，当MOSFET管101、102同时导通时，内阻接近为零，这时相当于谐振电容C21与C22串联，此时谐振电容C21与C22既能充电也能放电；当MOSFET管101、102同时截止时，谐振电容C21与C22开路，此时，谐振电容C21与C22不能充电也不能放电。
[0069]需要说明的是，当开关管的数量为一个时，参照图8，当开关管的数量为两个时，参照图9。
[0070]本实施例中，开关管既可以为一个IGBT管或MOSFET管，也可以为两个IGBT管或MOSFET管反向串联连接，连接方式选择性较强。
[0071]可选的，本发明的另一实施例中，当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联，将谐振电容与接收谐振线圈的连接点与所述电路的整流器和滤波电容依次连接；
[0072]当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈，将谐振电容与接收谐振线圈的连接点与所述电路的整流器和滤波电容依次连接。
[0073 ]参照图1O。图1O介绍了控制输出电压电路的结构。其中，C2A、C2B、C2C为谐振电容，101、102、103为MOSFET管，L2为谐振接收线圈，201为整流器，C3为滤波电容，箭头代表磁场。
[0074]当MOSFET管101、102、103全部导通时，谐振接收线圈与谐振电容的谐振度最大，谐振接收线圈L2两端的电压经整流器201，滤波电容C3上得到最高电压；当MOSFET管101、102、103全部截止时，谐振度最小，谐振接收线圈L2两端的电压经整流器201，滤波电容C3上得到最低电压。
[0075]本实施例中，通过整流器201和滤波电容C3，能够得到适合终端电器工作的电压。
[0076]本发明的另一实施例提供了一种用于控制输出电压的方法，应用于用于控制输出电压的电路，所述电路包括:
[0077]一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈；
[0078]所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容;所述多个谐振电容为并联方式;所述每个谐振电容串联一个所述开关管；
[0079]当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联；
[0080]当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联或串联；
[0081 ]所述方法包括:
[0082]通过控制所述开关管的通断，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度。
[0083]可选的，本发明的另一实施例中，所述通过控制所述开关管的通断，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度，具体包括:
[0084]通过给所述开关管的栅极输入高低电平信号或脉冲宽度调制信号控制所述每个等效谐振电容的充放电，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度。
[0085]图11、图12和图13介绍了三种不同情况的结构示意图。图11中电路为并联谐振环电路。MOSFET管101与102反向串联后，分别与谐振电容C21、C22串联，MOSFET管103与104反向串联后，分别与谐振电容C23、C24串联，MOSFET管105与106反向串联后，分别与谐振电容C25、C26串联，L2为谐振接收线圈，T1、T2为输出端，A、B、C是三个控制端，箭头代表磁场。当三个控制端输入高低电平信号或者是脉冲宽度调制信号时，能够控制谐振接收线圈L2与谐振电容021、022、023、024、025或026的谐振度，进而能够控制输出电压的电压范围。需要说明的是，当输入高低电平信号时，谐振度呈梯度变化，为梯度控制模式，当输入脉冲宽度调制信号时，谐振度呈渐变式变化，为斜率控制模式。
[0086]图12中电路为串联谐振环电路^OSFET管101与102反向串联后，分别与谐振电容C21、C22串联，MOSFET管103与104反向串联后，分别与谐振电容C23、C24串联，MOSFET管105与106反向串联后，分别与谐振电容C25、C26串联，L2为谐振接收线圈，Tl、T2为输出端，A、B、C是三个控制端，箭头代表磁场。具体工作过程请参照图11对应的说明，在此不再赘述。
[0087]图13中电路为并联谐振环电路J0SFET管101与102反向串联，MOSFET管101与谐振电容C21串联，MOSFET管103与104反向串联，MOSFET管103与谐振电容C23串联，MOSFET管105与106反向串联，MOSFET管105与谐振电容C25串联，L2为谐振接收线圈，Tl、T2为输出端，A、B、C是三个控制端，箭头代表磁场。具体工作过程请参照图11对应的说明，在此不再赘述。需要说明的是，图13是在图12的基础上减少了谐振电容C22、C24、C26。
[0088]本实施例中，通过控制所述开关管的通断，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度。能够控制输出电压的电压值，解决了输出电压超过终端电器的承受电压范围，发热现象严重，甚至会烧毁终端电器的问题。
[0089]需要说明的是，本发明中介绍的实施例，只是全部实施例中的几个举例，并不代表所有的实施例，并且每个实施例之间可以互做补充。
[0090]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种用于控制输出电压的电路，其特征在于，所述电路包括: 一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈； 所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容;所述多个谐振电容为并联方式;所述每个谐振电容串联一个所述开关管； 当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联； 当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后，与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括自由谐振电容，所述自由谐振电容与所述接收谐振线圈并联或串联。3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联，将谐振电容与接收谐振线圈的连接点与所述电路的整流器和滤波电容依次连接； 当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后，与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈，将谐振电容与接收谐振线圈的连接点与所述整流器和滤波电容依次连接。4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关管为IGBT管或MOSFET管。5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关管为两个IGBT管或MOSFET管反向串联连接。6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述谐振电容的数量为三个。7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述谐振电容的数量为两个。8.—种用于控制输出电压的方法，其特征在于，应用于用于控制输出电压的电路，所述电路包括: 一个或多个谐振电容、开关管和接收谐振线圈； 所述一个或多个谐振电容组成等效谐振电容;所述多个谐振电容为并联方式;所述每个谐振电容串联一个所述开关管； 当谐振电容的数量为一个时，所述谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联； 当谐振电容的数量为多个时，所述每个谐振电容与所述开关管串联后与所述接收谐振线圈并联或在谐振电容未连接所述开关管的一侧串联所述接收谐振线圈； 所述方法包括: 通过控制所述开关管的通断，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过控制所述开关管的通断，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度，具体包括: 通过给所述开关管的栅极输入高低电平信号或脉冲宽度调制信号控制所述每个等效谐振电容的充放电，控制所述接收谐振线圈与所述一个或多个谐振电容的谐振度。
【文档编号】H02J50/12GK105914903SQ201610489232
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】朱斯忠, 何智, 徐宝华, 张福元
【申请人】中惠创智无线供电技术有限公司