可控半波整流装置、方法及无线充电装置与流程

本发明涉及电子电路的，特别是涉及一种可控半波整流装置、方法及无线充电装置。

背景技术：

1、无线充电通常是指不需要物理接触通过电磁感应原理进行电势能到磁场能再到电势能的转换过程。无线充电系统现如今已经广泛应用于各行各业的电气设备上，小到手机手表等3c类的小型用电设备，大到电动汽车电动大巴甚至是轮船等用电系统。

2、如图1所示，一个完整的无线充电系统的处理流程通常如下：

3、1)从电网侧获取工频交流电，将工频交流电整流和功率因数矫正(power factorcorrection，pfc)成直流；

4、2)通过高频逆变器转换成相应频率范围的高频电压/电流，高频电压/电流经过无源选频谐振网络变换成正弦高频交流电场；

5、3)正弦高频交流电场在原边电感线圈产生高平交流电磁场；

6、4)将接收线圈电感放置于一定磁场范围内，通过接收线圈将磁场能转换成电势能，并通过升降压电路给相应的电池或者其他用电设备供电。

7、其中，能量接收端的ac/dc模块的功率拾取通常情况下都是被动拾取，或者使用全桥整流+多级电路拓扑的控制方式，需要一个或者多个桥式电路进行被动整流或者主动地使用复杂移相驱动控制等方式。

8、无线充电系统一般都是使用无线通讯或者通过磁场的载波通讯，副边采用被动整流的方式原边控制。但是这种方式往往会因为原副边的通讯延时比较大导致存在较大的控制延时，相应的会导致输出到负载比较大的超调或者震荡。对于被充电的设备来说，会承受比较大的电流电压应力。当被充电的设备的电流电压承受能力比较有限时，较大的超调往往会比较危险。当副边能够自主控制时将会有更好的实时性和可控性，可以大大的降低这种风险出现。但是，如何实现副边的独立控制、控制的可靠性以及系统设计的经济型都还有许多的挑战。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可控半波整流装置、方法及无线充电装置，能够实现无线充电副边的独立控制，有效降低了拓扑复杂度，提升了可靠性。

2、第一方面，本发明提供一种可控半波整流装置，所述装置包括第一阻抗元件、第二阻抗元件、第一开关、第二开关、负载阻抗元件、过零比较器和控制模块；所述第一阻抗元件的两端与输入端相连；所述第二阻抗元件的第一端与所述第一阻抗元件的第一端相连，所述第二阻抗元件的第二端与所述第二开关的第一端相连；所述第二开关的第二端通过所述负载阻抗元件连接至所述第一阻抗元件的第二端；所述第一开关的第一端与所述第二开关的第一端相连，所述第一开关的第二端与所述第一阻抗元件的第二端相连；所述过零比较器用于对通过所述第二阻抗元件的电流和通过所述所述负载阻抗元件的电流进行比较，并将输出信号发送至所述控制模块；所述控制模块用于根据所述过零比较器的输出信号控制所述第一开关和所述第二开关的开闭。

3、在第一方面的一种实现方式中，所述第一阻抗元件和所述第二阻抗元件的阻抗值幅值相等、方向相反。

4、在第一方面的一种实现方式中，所述第一阻抗元件采用电容，所述第二阻抗元件采用电感。

5、在第一方面的一种实现方式中，所述第二开关采用二极管替换。

6、第二方面，本发明提供一种可控半波整流方法，应用于上述的可控半波整流装置的控制模块，所述方法包括以下步骤：

7、在所述第一开关闭合、所述第二开关断开时，检测所述过零比较器的输出信号的周期值；

8、基于所述周期值生成同频率的计数信号；

9、根据所述负载阻抗元件上的电压/电流需求，计算所述电压/电流的占空比需求；

10、根据所述计数信号和所述占空比需求，生成所述第一开关和所述第二开关的驱动信号。

11、在第二方面的一种实现方式中，基于所述周期值生成同频率的计数信号包括：

12、以所述输出信号的上升沿作为起始点，根据所述周期值生成三角波信号；

13、将所述三角波信号作为所述计数信号。

14、在第一方面的一种实现方式中，所述第一开关和所述第二开关的驱动信号在一个周期内为相反的。

15、第三方面，本发明提供一种无线充电装置，包括无线充电原边和无线充电副边；

16、所述无线充电原边用于将输入交流电转换为磁场能；

17、所述无线充电副边包括接收线圈、谐振模块和上述的可控半波整流装置；所述接收线圈和所述谐振模块用于将所述磁场能转换为与所述输入交流电同频率的输出交流电，所述可控半波整流装置用于将所述输入交流电提供至负载阻抗元件以实现无线充电。

18、在第三方面的一种实现方式中，所述无线充电原边包括输入交流电、功率因数校正模块、逆变器、谐振模块和发射线圈。

19、如上所述，本发明的可控半波整流装置、方法及无线充电装置，具有以下有益效果：

20、(1)能够实现无线充电副边的独立可控，保证了无线充电系统的控制实时性和安全性；

21、(2)有效降低无线充电系统副边可控拓扑复杂度，减少功率器件数量，从而增加系统的经济性；

22、(3)有效减少无线充电副边的控制维度，简化控制调制策略，降低控制的难度和复杂度，增加系统的可靠性；

23、(4)通过新的控制时序在实现单管的软开关的同时采用开关作为主动管，相较于采用二极管有效降低了整流器的输出导通损耗；

24、(5)能够应用于无线充电系统，可使用在大功率电动汽车无线充电领域，也可以应用于中小功率或者3c类电子产品的无线充电。

技术特征：

1.一种可控半波整流装置，其特征在于：所述装置包括第一阻抗元件、第二阻抗元件、第一开关、第二开关、负载阻抗元件、过零比较器和控制模块；

2.根据权利要求1所述的可控半波整流装置，其特征在于：所述第一阻抗元件和所述第二阻抗元件的阻抗值幅值相等、方向相反。

3.根据权利要求1所述的可控半波整流装置，其特征在于：所述第一阻抗元件采用电容，所述第二阻抗元件采用电感。

4.根据权利要求1所述的可控半波整流装置，其特征在于：所述第二开关采用二极管替换。

5.一种可控半波整流方法，应用于权利要求1-4之一所述的可控半波整流装置的控制模块，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的可控半波整流方法，其特征在于：基于所述周期值生成同频率的计数信号包括：

7.根据权利要求5所述的可控半波整流方法，其特征在于：所述第一开关和所述第二开关的驱动信号在一个周期内为相反的。

8.一种无线充电装置，其特征在于：包括无线充电原边和无线充电副边；

9.根据权利要求8所述的无线充电装置，其特征在于：所述无线充电原边包括输入交流电、功率因数校正模块、逆变器、谐振模块和发射线圈。

技术总结
本发明提供一种可控半波整流装置、方法及无线充电装置，包括第一阻抗元件、第二阻抗元件、第一开关、第二开关、负载阻抗元件、过零比较器和控制模块；第一阻抗元件的两端与输入端相连；第二阻抗元件的一端与第一阻抗元件的第一端相连，第二端与第二开关的第一端相连；第二开关的第二端通过负载阻抗元件连接至第一阻抗元件的第二端；第一开关的第一端与第二开关的第一端相连，第二端与第一阻抗元件的第二端相连；过零比较器用于对通过第二阻抗元件和负载阻抗元件的电流进行比较；控制模块用于根据过零比较器的输出信号控制第一开关和第二开关的开闭。本发明的可控半波整流装置、方法及无线充电装置实现无线充电副边的独立控制，降低拓扑复杂度。

技术研发人员：黄勇华,王瑞奇,李黄杰,贠红军
受保护的技术使用者：纵目科技（上海）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15