一种应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路

本发明涉及集成电路，尤其是一种应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路。

背景技术：

1、相比于有线能量传输，无线能量传输系统的应用更便捷，应用场景更广，被频繁地应用于生物医疗、便携电子设备以及电动汽车中。在串串型谐振式无线能量传输系统中，常用的系统效率提升技术多在无线能量发射电路中实现。在目前存在的技术中，大多数是采用发射电流幅值识别来实现状态识别与效率提高。但在实际应用中，发射电流幅值不仅取决于电路的状态，更与耦合线圈的耦合系数有关。在耦合系数变化较大时，系统可能无法工作，或者需要调节用于状态识别的阈值电压，降低了系统的可靠性与应用范围。综合上述，相关技术中存在的技术问题亟需得到解决。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路，以实现提高系统的工作效率。

2、本发明提供了一种应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路，所述效率提升电路包括发射电路，所述发射电路包括模式识别电路；其中，所述模式识别电路包括相移识别电路、时间常数识别电路、触发器、固定时钟、分频时钟和二路选择器，所述相移识别电路的输出端连接所述触发器的第一输入端，所述时间常数识别电路的输出端连接所述触发器的第二输入端，所述触发器的输出端连接所述二路选择器的选择端，所述固定时钟的输出端连接所述二路选择器的第一输入端，所述分频时钟的输出端连接所述二路选择器的第二输入端。

3、可选地，所述相移识别电路包括第一与门、转换电路和第一比较器，所述第一与门的第一输入端输入电压比较信号，所述第一与门的第二输入端输入发射电路控制信号，所述第一与门的输出端连接所述转换电路的输入端，所述转换电路的输出端连接所述第一比较器的负极输入端，所述第一比较器的正极输入端输入第一参考信号，所述第一比较器的输出端连接所述触发器的第一输入端。

4、可选地，所述时间常数识别电路包括反相器、第二与门、数模转换器、第一采样保持电路、第二采样保持电路、逻辑产生电路和第二比较器，所述反相器的输入端输入发射电路控制信号，所述反相器的输出端连接所述第二与门的第一输入端，所述第二与门的第二输入端输入电压比较信号，所述第二与门的输出端连接所述数模转换器的输入端，所述数模转换器的输出端分别连接所述第一采样保持电路的输入端和第二采样保持电路的输入端，所述逻辑产生电路的输出端分别连接所述第一采样保持电路的输入端和第二采样保持电路的输入端，所述第一采样保持电路的输出端连接所述第二比较器的正极输入端，所述第二采样保持电路的输出端连接所述第二比较器的负极输入端，所述第二比较器的输出端连接所述触发器的第二输入端。

5、可选地，所述发射电路还包括电流检测电路、逆变电路、非交叠信号产生电路和发射传输电路；所述发射传输电路的正极连接所述逆变电路的第一输入端，所述逆变电路的第一输出端连接所述电流检测电路的输入端，所述电流检测电路的输出端连接所述模式识别电路的第一输入端，所述逆变电路的第二输出端连接所述模式识别电路的第二输入端，所述模式识别电路的输出端连接所述非交叠信号产生电路的输入端，所述非交叠信号产生电路的输出端连接所述逆变电路的第二输入端，所述逆变电路的第三输出端连接所述发射传输电路的负极。

6、可选地，所述电流检测电路包括电流采样电路和比较电路，所述电流采样电路的输入端与所述逆变电路的第一输入端连接，所述电流采样电路的输出端连接所述比较电路的正极输入端，所述比较电路的负极输入端与第一地端相连，所述比较电路的输出端连接所述模式识别电路的第一输入端。

7、可选地，所述逆变电路包括第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器的第一输入端与所述发射传输电路的正极连接，所述第一逆变器的第二输入端与所述非交叠信号产生电路的输出端连接，所述第一逆变器的第一输出端连接所述模式识别电路的第二输入端，所述第一逆变器的第二输出端连接所述发射传输电路的负极；所述第二逆变器的第一输入端与所述发射传输电路的正极连接，所述第二逆变器的第二输入端与所述非交叠信号产生电路的输出端连接，所述第二逆变器的第一输出端连接所述电流检测电路的输入端，所述第二逆变器的第二输出端连接所述发射传输电路的负极。

8、可选地，所述发射传输电路包括发射电容和发射线圈，所述发射电容与所述发射线圈串联。

9、可选地，所述效率提升电路还包括接收电路，所述接收电路包括第一二极管、第二二极管、第一功率管、第二功率管、输出电容、输出电阻、第三比较器、输出驱动和接收传输电路，所述接收传输电路的正极分别连接所述第一二极管的正极和所述第一功率管的漏级，所述接收传输电路的负极分别连接所述第二二极管的正极和所述第二功率管的漏级，所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极、所述输出电容的第一极板和所述输出电阻的一端分别连接电压输出端，所述第一功率管的源极、所述第二功率管的源极、所述输出电容的第二极板和所述输出电阻的另一端分别连接第二地端，所述第三比较器的负极输入端连接所述电压输出端，所述第三比较器的正极输入端连接参考电压，所述第三比较器的输出端连接所述输出驱动的输入端，所述输出驱动的第一输出端连接所述第一功率管的栅极，所述输出驱动的第二输出端连接所述第二功率管的栅极。

10、可选地，所述接收传输电路包括接收电容和接收线圈，所述接收电容与所述接收线圈串联。

11、可选地，所述接收传输电路与所述发射传输电路进行无线能量传输。

12、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明实施例提供的一种应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路，该效率提升电路通过模式识别电路对发射电流进行相移识别以及对发射谐振回路进行时间常数识别，通过代替传统的发射电流幅值识别，使得系统克服耦合系数变化带来的电流幅值改变，大大拓宽了效率提高技术的应用范围；除此之外，本发明实施例也提出了分频时钟控制的效率提高方式，使得电路系统效率得到了明显提高。

技术特征：

1.一种应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路，其特征在于，所述效率提升电路包括发射电路，所述发射电路包括模式识别电路；其中，所述模式识别电路包括相移识别电路、时间常数识别电路、触发器、固定时钟、分频时钟和二路选择器，所述相移识别电路的输出端连接所述触发器的第一输入端，所述时间常数识别电路的输出端连接所述触发器的第二输入端，所述触发器的输出端连接所述二路选择器的选择端，所述固定时钟的输出端连接所述二路选择器的第一输入端，所述分频时钟的输出端连接所述二路选择器的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的效率提升电路，其特征在于，所述相移识别电路包括第一与门、转换电路和第一比较器，所述第一与门的第一输入端输入电压比较信号，所述第一与门的第二输入端输入发射电路控制信号，所述第一与门的输出端连接所述转换电路的输入端，所述转换电路的输出端连接所述第一比较器的负极输入端，所述第一比较器的正极输入端输入第一参考信号，所述第一比较器的输出端连接所述触发器的第一输入端。

3.根据权利要求1所述的效率提升电路，其特征在于，所述时间常数识别电路包括反相器、第二与门、数模转换器、第一采样保持电路、第二采样保持电路、逻辑产生电路和第二比较器，所述反相器的输入端输入发射电路控制信号，所述反相器的输出端连接所述第二与门的第一输入端，所述第二与门的第二输入端输入电压比较信号，所述第二与门的输出端连接所述数模转换器的输入端，所述数模转换器的输出端分别连接所述第一采样保持电路的输入端和第二采样保持电路的输入端，所述逻辑产生电路的输出端分别连接所述第一采样保持电路的输入端和第二采样保持电路的输入端，所述第一采样保持电路的输出端连接所述第二比较器的正极输入端，所述第二采样保持电路的输出端连接所述第二比较器的负极输入端，所述第二比较器的输出端连接所述触发器的第二输入端。

4.根据权利要求1所述的效率提升电路，其特征在于，所述发射电路还包括电流检测电路、逆变电路、非交叠信号产生电路和发射传输电路；所述发射传输电路的正极连接所述逆变电路的第一输入端，所述逆变电路的第一输出端连接所述电流检测电路的输入端，所述电流检测电路的输出端连接所述模式识别电路的第一输入端，所述逆变电路的第二输出端连接所述模式识别电路的第二输入端，所述模式识别电路的输出端连接所述非交叠信号产生电路的输入端，所述非交叠信号产生电路的输出端连接所述逆变电路的第二输入端，所述逆变电路的第三输出端连接所述发射传输电路的负极。

5.根据权利要求4所述的效率提升电路，其特征在于，所述电流检测电路包括电流采样电路和比较电路，所述电流采样电路的输入端与所述逆变电路的第一输入端连接，所述电流采样电路的输出端连接所述比较电路的正极输入端，所述比较电路的负极输入端与第一地端相连，所述比较电路的输出端连接所述模式识别电路的第一输入端。

6.根据权利要求4所述的效率提升电路，其特征在于，所述逆变电路包括第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器的第一输入端与所述发射传输电路的正极连接，所述第一逆变器的第二输入端与所述非交叠信号产生电路的输出端连接，所述第一逆变器的第一输出端连接所述模式识别电路的第二输入端，所述第一逆变器的第二输出端连接所述发射传输电路的负极；所述第二逆变器的第一输入端与所述发射传输电路的正极连接，所述第二逆变器的第二输入端与所述非交叠信号产生电路的输出端连接，所述第二逆变器的第一输出端连接所述电流检测电路的输入端，所述第二逆变器的第二输出端连接所述发射传输电路的负极。

7.根据权利要求4所述的效率提升电路，其特征在于，所述发射传输电路包括发射电容和发射线圈，所述发射电容与所述发射线圈串联。

8.根据权利要求1所述的效率提升电路，其特征在于，所述效率提升电路还包括接收电路，所述接收电路包括第一二极管、第二二极管、第一功率管、第二功率管、输出电容、输出电阻、第三比较器、输出驱动和接收传输电路，所述接收传输电路的正极分别连接所述第一二极管的正极和所述第一功率管的漏级，所述接收传输电路的负极分别连接所述第二二极管的正极和所述第二功率管的漏级，所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极、所述输出电容的第一极板和所述输出电阻的一端分别连接电压输出端，所述第一功率管的源极、所述第二功率管的源极、所述输出电容的第二极板和所述输出电阻的另一端分别连接第二地端，所述第三比较器的负极输入端连接所述电压输出端，所述第三比较器的正极输入端连接参考电压，所述第三比较器的输出端连接所述输出驱动的输入端，所述输出驱动的第一输出端连接所述第一功率管的栅极，所述输出驱动的第二输出端连接所述第二功率管的栅极。

9.根据权利要求8所述的效率提升电路，其特征在于，所述接收传输电路包括接收电容和接收线圈，所述接收电容与所述接收线圈串联。

10.根据权利要求4或8任意一项所述的效率提升电路，其特征在于，所述接收传输电路与所述发射传输电路进行无线能量传输。

技术总结
本发明公开了一种应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路，所述本发明实施例提供应用于无线能量传输宽耦合系统的效率提升电路，所述效率提升电路包括发射电路，所述发射电路包括模式识别电路；其中，所述模式识别电路包括相移识别电路、时间常数识别电路、触发器、固定时钟、分频时钟和二路选择器。本发明实施例中通过发射电流相移识别与发射谐振回路时间常数识别的方式来代替传统的发射电流幅值识别，使得系统克服耦合系数变化带来的电流幅值改变，大大拓宽了效率提高技术的应用范围，能广泛应用于集成电路技术领域。

技术研发人员：郭建平,陈宇棠,罗宇萱
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13