一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路及方法与流程

本发明涉及无线充电保护技术领域，特别是涉及一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路及方法。

背景技术：

无线供电应用已经慢慢兴起，贴近百姓日常的产品越来越多。因为无线供电是采用的谐振方式，所以工作时电压电流特别大。线圈部分长期裸露在外，损坏短路的风险也会更高一些。故需要可靠的进行电路保护。

常规的电路保护是设置一个阀值电压，当线圈外部短路或者过流过载信号电压超过设置的阀值电压时，保护电路工作，输出信号，控制设备停机。该方案需要需要信号超过预设阀值才会触发报警，若预设阈值设置过高的话，则从过载到报警需要的时间较长；另外在实际应用中，信号超出预设阈值的时间是不一定的，若信号很长时间后才超出预设阈值，表明信号的变化率是很慢的，这种情况下一般线圈并未发生短路或者过载，故此时报警实际属于误判，可靠性低。

因此，如何提供一种可靠性高的电动汽车无线充电系统线圈保护电路及方法是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路及方法，报警的可靠性和准确性高，且相比部分情况下的现有技术，报警触发时间短。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路，包括线圈电流检测电路、基准电压产生电路、比较输出电路和处理器；

所述线圈电流检测电路的输入端与待检测线圈相连，第一输出端连接所述比较输出电路的采样输入端，第二输出端连接所述处理器的第一输入端；所述线圈电流检测电路用于获取所述待检测线圈中的电流，并将其转换为直流电压后通过所述第一输出端输出，所述第二输出端用于输出所述直流电压等比例降压后的电压；

所述基准电压产生电路的输出端分别与所述比较输出电路的基准输入端以及所述处理器的第二输入端连接，用于生成基准电压输入至所述比较输出电路；

所述比较输出电路，用于将所述直流电压与所述基准电压进行比较，若所述直流电压高于基准电压，则输出报警信号；

所述处理器，用于周期性获取所述第二输出端输出的电压，并依据当前获取的电压调整所述基准电压产生电路，使其生成的所述基准电压与所述当前获取的电压的差值为预设电压值。

优选地，所述线圈电流检测电路包括套接在所述待检测线圈的导线外部的感应线圈和整流装置、滤波装置、同相比例运算放大器、第一射极跟随器电路、第一分压电阻与第二分压电阻；

所述整流装置的输入端连接所述感应线圈的输出端；所述整流装置的输出端连接所述滤波装置的输入端，所述滤波装置的输出端连接所述同相比例运算放大器的输入端，所述同相比例运算放大器的输出端连接所述第一射极跟随器电路的输入端；所述第一射极跟随器电路的输出端连接所述第一分压电阻的第一端，并作为所述线圈电流检测电路的第一输出端；所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端连接后作为所述第二输出端；所述第二分压电阻的第二端接地。

优选地，所述整流装置具体包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述滤波装置包括第一电阻和第一电容；所述同相比例运算放大器包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一运算放大器；所述第一射极跟随器电路包括第二运算放大器；

所述第一二极管的阳极连接所述第三二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第四二极管的阴极，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极并接后作为所述滤波装置的正输出端；所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阳极并接后接地，作为所述滤波装置的负输出端；所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极分别连接所述感应线圈的两个输出端；

所述第一电阻和所述第一电容并接，并接后的电路一端接地，另一端分别连接所述整流装置的正输出端以及所述第二电阻的第一端；

所述第二电阻的第二端连接所述第一运算放大器的正输入端；所述第一运算放大器的负输入端分别连接所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端；所述第三电阻的第二端接地；所述第四电阻的第二端连接所述第一运算放大器的输出端后，作为所述同相比例运算放大器的输出端连接所述第二运算放大器的正输入端；

所述第二运算放大器的负输入端连接自身的输出端，所述第二运算放大器的输出端作为所述第一射极跟随器电路的第一输出端。

优选地，所述基准电压产生电路包括数字电位器芯片和第五电阻；

所述数字电位器芯片的滑动引脚、低电压引脚以及片选引脚均接地，高电压引脚作为所述基准电压产生电路的输出端并通过所述第五电阻连接直流电源，脉冲引脚和加减引脚分别连接所述处理器的不同i/o接口；所述处理器通过控制所述加减引脚的电平并输出相应占空比的脉冲信号值所述脉冲引脚，来控制所述数字电位器芯片内电位器的阻值。

优选地，所述基准电压产生电路包括第二电容；

所述处理器通过所述第二电容连接所述比较输出电路的基准输入端；所述处理器输出相应的pwm波形至所述第二电容，经所述第二电容滤波后输入所述基准输入端。

优选地，所述比较输出电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、发光二极管以及第六电阻；

所述第三运算放大器的正输入端作为所述比较输出电路的采样输入端，所述第三运算放大器的负输入端作为所述比较输出电路的基准输入端；所述第三运算放大器的输出端连接所述第四运算放大器的正输入端；所述第四运算放大器的负输入端与自身输出端连接后作为所述比较输出电路的输出端，并连接所述发光二极管的阳极；所述发光二极管的阴极通过所述第六电阻接地。

优选地，所述处理器为单片机。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电动汽车无线充电系统线圈保护方法，基于如以上任一项所述的保护电路，所述方法包括：

线圈电流检测电路获取所述待检测线圈中的电流；

所述线圈电流检测电路并将所述电流转换为直流电压后输出至比较输出电路，并将所述直流电压等比例降压；

处理器周期性获取上述等比例降压的电压，并依据当前获取的电压调整所述基准电压产生电路，使其生成的基准电压与所述当前获取的电压的差值为预设电压值；

所述基准电压产生电路生成所述基准电压后输入至所述比较输出电路；

所述比较输出电路将所述直流电压与所述基准电压进行比较，若所述直流电压高于基准电压，则输出报警信号。

本发明提供了一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路及方法，包括线圈电流检测电路、基准电压产生电路、比较输出电路和处理器；该处理器周期性获取采样电压，并依据当前获取的电压调整基准电压产生电路，使其生成的基准电压与当前获取的电压的差值为预设电压值。故本发明的报警触发条件，是在每个周期的时间内，电压信号升高预设电压值，因此，若预设电压值设置较小，而现有技术中的预设阈值较大时，本发明的触发时间要短于现有技术，例如，若正常工作时的电压为1v，现有技术的预设阈值为2.5v，本发明的预设电压值为0.5v，则现有技术需要电压升高1.5v，而本发明仅需要升高0.5v，触发时间要短；另外，本发明中若一个周期内电压升高的数值未达到预设电压值，则下个周期会重新调整基准电压，因此，在电压变化率越小的情况下，则越不容易触发报警，而由于线圈短路或过载的情况出现后，一般电压会短时间突然上升，即变化率是较大的，故本发明能够滤除一下干扰因素导致的误判，可靠性和准确性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路的结构示意图；

图3为本发明提供的一种电动汽车无线充电系统线圈保护方法的过程的示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路及方法，报警的可靠性和准确性高，且相比部分情况下的现有技术，报警触发时间短。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明提供了一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路，参见图1所示，图1为本发明提供的一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路的结构示意图；该电路包括线圈电流检测电路1、基准电压产生电路2、比较输出电路3和处理器4；

线圈电流检测电路1的输入端与待检测线圈相连，第一输出端连接比较输出电路3的采样输入端，第二输出端连接处理器4的第一输入端；线圈电流检测电路1用于获取待检测线圈中的电流，并将其转换为直流电压后通过第一输出端输出，第二输出端用于输出直流电压等比例降压后的电压；

基准电压产生电路2的输出端分别与比较输出电路3的基准输入端以及处理器4的第二输入端连接，用于生成基准电压输入至比较输出电路3；

比较输出电路3，用于将直流电压与基准电压进行比较，若直流电压高于基准电压，则输出报警信号；

处理器4，用于周期性获取第二输出端输出的电压，并依据当前获取的电压调整基准电压产生电路2，使其生成的基准电压与当前获取的电压的差值为预设电压值△v。

在一种具体实施例中，线圈电流检测电路1包括套接在待检测线圈的导线外部的感应线圈l1和整流装置、滤波装置、同相比例运算放大器、第一射极跟随器电路、第一分压电阻r11与第二分压电阻r12；

整流装置的输入端连接感应线圈l1的输出端；整流装置的输出端连接滤波装置的输入端，滤波装置的输出端连接同相比例运算放大器的输入端，同相比例运算放大器的输出端连接第一射极跟随器电路的输入端；第一射极跟随器电路的输出端连接第一分压电阻r11的第一端，并作为线圈电流检测电路1的第一输出端；第一分压电阻r11的第二端与第二分压电阻r12的第一端连接后作为第二输出端；第二分压电阻r12的第二端接地。

需要注意的是，由于处理器4能够承受的电压有限，为了避免损坏处理器4，不能直接将采样电压输入处理器4，而是要将其等比例降压后再输入处理器4。

进一步可知，整流装置具体包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4；滤波装置包括第一电阻r1和第一电容c1；同相比例运算放大器包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和第一运算放大器ic1a；第一射极跟随器电路包括第二运算放大器ic1b；

第一二极管d1的阳极连接第三二极管d3的阴极，第二二极管d2的阳极连接第四二极管d4的阴极，第一二极管d1的阴极和第二二极管d2的阴极并接后作为滤波装置的正输出端；第三二极管d3的阳极和第四二极管d4的阳极并接后接地，作为滤波装置的负输出端；第一二极管d1的阳极和第二二极管d2的阳极分别连接感应线圈l1的两个输出端；

第一电阻r1和第一电容c1并接，并接后的电路一端接地，另一端分别连接整流装置的正输出端以及第二电阻r2的第一端；

第二电阻r2的第二端连接第一运算放大器ic1a的正输入端；第一运算放大器ic1a的负输入端分别连接第三电阻r3的第一端和第四电阻r4的第一端；第三电阻r3的第二端接地；第四电阻r4的第二端连接第一运算放大器ic1a的输出端后，作为同相比例运算放大器的输出端连接第二运算放大器ic1b的正输入端；

第二运算放大器ic1b的负输入端连接自身的输出端，第二运算放大器ic1b的输出端作为第一射极跟随器电路的第一输出端。

可以理解的是，感应线圈l1是套在待检测线圈的导线外部的。基于电磁感应原理，如果待检测线圈导线有电流流过，则会在感应线圈l1中感应出交变电流。并且导线中电流与感应线圈l1中的感应电流是成比例关系的。之后感应电流经过整流装置，变成脉动直流电；而后经过滤波装置滤波，变成一个幅值较小的直流电压。该电压经过第二电阻r2限流后进入第一运算放大器ic1a。第一运算放大器ic1a是通用的运算放大器，典型型号有lm358，lm324等，用于将输入的电压等比例放大，并且由输入端输出，而后进入第二运算放大器ic1b，第二运算放大器ic1b为了增加芯片的驱动能力，接成射极跟随器电路。第二运算放大器ic1b的负输入端电压与输出端电压相同，但是输出端有更强的带载能力。该信号分为两路，一路通过第一分压电阻r11与第二分压电阻r12分压，从第一输出端输出，进入处理器4的一个ad采样管脚进行采样处理。另一路进入比较输出电路3。

在另一种具体实施例中，基准电压产生电路2包括数字电位器芯片u1和第五电阻r5；

数字电位器芯片u1的滑动引脚、低电压引脚以及片选引脚均接地，高电压引脚作为基准电压产生电路2的输出端并通过第五电阻r5连接直流电源，脉冲引脚和加减引脚分别连接处理器4的不同i/o接口；处理器4通过控制加减引脚的电平并输出相应占空比的脉冲信号值脉冲引脚，来控制数字电位器芯片u1内电位器的阻值。

在具体实施例中，数字电位器芯片u1可以为x9c103芯片，当然，此处也可以使用其他数字电位器芯片u1代替，比如：x9511，x9110，x9c104等等。只要思路相同，即符合本发明的初衷。一下以x9c103芯片为例，解释基准电压产生电路2的工作原理：

参见图2所示，图2为本发明提供的另一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路的结构示意图。基准信号是由数字电位器x9c103芯片及周边电路生成。x9c103是数字电位器芯片u1，输入脉冲信号，就可以调整内部电位器数值，达到调节外部电阻值的作用。5v电源经过第五电阻r5，进入x9c103芯片的3脚(高电压引脚)，而后从5脚(滑动引脚)与6脚(低电压引脚)输出接地。在x9c103芯片内部，3脚与5脚及6脚组成了一个可调电阻。其电阻值为10k。这样，通过调节x9c103内部可调电阻，就相当于调整了第五电阻r5与x9c103芯片之间的分压，使输出端输出不同的电压值。比如，如果使第五电阻r5＝3k，且调整x9c103中可调电阻为3k。则x9c103上的电压为5/(3000+3000)*3000＝2.5v。该电压值也会进入处理器4的采样i/o口，以确保正确调整基准电压不会出错。

x9c103的调整非常简单。其1脚为脉冲引脚，其2脚为加减引脚。这两者分别链接处理器4的任意2个i/o口上即可。使用时，如果想使x9c103电阻值变小(即5脚向3脚端滑动)则处理器4首先控制其2脚为高电平，确定5脚内部电阻的滑动方向。然后处理器4给1脚输出一个脉冲信号，此时电位器内部开始滑动改变阻值。阻值按照40欧姆为单位变化，这样也就是间接的改变了输出端的电压。至于该处电阻值是增加还是减少，是根据实际的运行情况而定。在本发明思路中，重点是周期性调整jc1+△v＝jc2。

在另一种具体实施例中，基准电压产生电路2包括第二电容；

处理器4通过第二电容连接比较输出电路3的基准输入端；处理器4输出相应的pwm波形至第二电容，经第二电容滤波后输入基准输入端。

可以理解的是，在本发明的主体思路中，是通过设定△v的数值，进而缩短报警触发时间。且在图2中，jc2是根据jc1的变化而变化的。所以，jc2的位置，也可以不用数字电位器调整，比如通过处理器4的一个i/o口输出一个pwm波形，然后再通过电容滤波，得到一个平滑的直流电压，作为基准电压。则当pwm波形占空比越大，则基准电压越高，占空比越小，基准电压越小。所以，只要是基准电压进行浮动，并与jc1保持一个△v的思路，都符合本发明的思路。

在另一种具体实施例中，比较输出电路3包括第三运算放大器ic2a、第四运算放大器ic2b、发光二极管d5以及第六电阻r6；

第三运算放大器ic2a的正输入端作为比较输出电路3的采样输入端，第三运算放大器ic2a的负输入端作为比较输出电路3的基准输入端；第三运算放大器ic2a的输出端连接第四运算放大器ic2b的正输入端；第四运算放大器ic2b的负输入端与自身输出端连接后作为比较输出电路3的输出端，并连接发光二极管d5的阳极；发光二极管d5的阴极通过第六电阻r6接地。

可以理解的是，第三运算放大器ic2a会比较2脚和3脚的电压值。如果2脚电压高于3脚，则输出0。反之，则输出为5v。第四运算放大器ic2b的5脚、6脚、7脚接成射极跟随器电路，以增加驱动能力。第三运算放大器ic2a的1脚输出5v电压会进入第四运算放大器ic2b的5脚，并从7脚输出，点亮发光二极管d5，提醒操作者产生过流报警；同时该信号通过out输出至其他控制电路进行适当的处理。具体的，处理器4为单片机。当然，也可以为其他能够输出脉冲信号的处理器4芯片，本发明对此不作限定。

需要注意的是，本发明能够在部分情况下，相比现有技术，缩短报警时间。可以理解的是，在传统的比较保护电路中，基准电压是固定的。假设基准电压为2.5v，在系统正常工作时候，采样电压在1v左右。则在过载到报警的这段时间，也就是采样电压需要从1v升高到2.5v。

而本发明中，在系统上电之前，处理器4会检测出jc1与jc2的电压值，之，进行比较与计算，然后通过data与ud引脚调整jc2的数值大于jc1的数值，其差值为△v。随着功率的增加，jc1的电压逐渐上升，这个电压会被处理器4检测到。同时处理器4将该数值与jc2比较，进而调整data与ud，使jc1与jc2依然有一个△v的电压差值。即周期性调整jc2，使jc2与jc1的电压随着功率同时上升，且jc1+△v＝jc2。这种情况下，若△v较小，例如△v＝0.5v，则系统过载或短路后，采样电压只需要上升△v的电压值，就会触发报警，即仅需要上升0.5v，故大大缩短了报警时间。从而减小了这段时间内对大功率的电子元件的损坏。

可以理解的是，本发明还可以规避过流检测不线性的问题。在现有技术中，若系统短路是在电压较低的时候发生，这样的话，在系统短路之后的t1时间段内，jc1检测的电压曲线明显前半部分变化率较低，后半段变化率高。那么必须要经过前半段的时间，到后期大变化率的时候达到预设电压值才能触发报警，浪费了时间。而采用本发明，因为是检测△v，所以这段曲线的影响几乎可以忽略。只要jc1的上升电压超过了△v，即到达a点，就会触发。因此，本发明能够保证报警触发时间稳定且处于一个较小的水平。

本发明提供了一种电动汽车无线充电系统线圈保护电路，包括线圈电流检测电路、基准电压产生电路、比较输出电路和处理器；该处理器周期性获取采样电压，并依据当前获取的电压调整基准电压产生电路，使其生成的基准电压与当前获取的电压的差值为预设电压值。故本发明的报警触发条件，是在每个周期的时间内，电压信号升高预设电压值，因此，若预设电压值设置较小，而现有技术中的预设阈值较大时，本发明的触发时间要短于现有技术，例如，若正常工作时的电压为1v，现有技术的预设阈值为2.5v，本发明的预设电压值为0.5v，则现有技术需要电压升高1.5v，而本发明仅需要升高0.5v，触发时间要短；另外，本发明中若一个周期内电压升高的数值未达到预设电压值，则下个周期会重新调整基准电压，因此，在电压变化率越小的情况下，则越不容易触发报警，而由于线圈短路或过载的情况出现后，一般电压会短时间突然上升，即变化率是较大的，故本发明能够滤除一下干扰因素导致的误判，可靠性和准确性高。

本发明还提供了一种电动汽车无线充电系统线圈保护方法，基于如以上任一项的保护电路，参见图3所示，图3为本发明提供的一种电动汽车无线充电系统线圈保护方法的过程的示意图。该方法包括：

步骤s1：线圈电流检测电路1获取待检测线圈中的电流；

步骤s2：线圈电流检测电路1并将电流转换为直流电压后输出至比较输出电路3，并将直流电压等比例降压；

步骤s3：处理器4周期性获取上述等比例降压的电压，并依据当前获取的电压调整基准电压产生电路2，使其生成的基准电压与当前获取的电压的差值为预设电压值△v；

步骤s4：基准电压产生电路2生成基准电压后输入至比较输出电路3；

步骤s5：比较输出电路3将直流电压与基准电压进行比较，若直流电压高于基准电压，则输出报警信号。

本发明提供了一种电动汽车无线充电系统线圈保护方法，处理器周期性获取采样电压，并依据当前获取的电压调整基准电压产生电路，使其生成的基准电压与当前获取的电压的差值为预设电压值。故本发明的报警触发条件，是在每个周期的时间内，电压信号升高预设电压值，因此，若预设电压值设置较小，而现有技术中的预设阈值较大时，本发明的触发时间要短于现有技术，例如，若正常工作时的电压为1v，现有技术的预设阈值为2.5v，本发明的预设电压值为0.5v，则现有技术需要电压升高1.5v，而本发明仅需要升高0.5v，触发时间要短；另外，本发明中若一个周期内电压升高的数值未达到预设电压值，则下个周期会重新调整基准电压，因此，在电压变化率越小的情况下，则越不容易触发报警，而由于线圈短路或过载的情况出现后，一般电压会短时间突然上升，即变化率是较大的，故本发明能够滤除一下干扰因素导致的误判，可靠性和准确性高。

以上的几种具体实施方式仅是本发明的优选实施方式，以上几种具体实施例可以任意组合，组合后得到的实施例也在本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，相关专业技术人员在不脱离本发明精神和构思前提下推演出的其他改进和变化，均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，在其他实施例中实现。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。