一种非接触电能传输装置和电能传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线充电领域，更具体的说，涉及一种非接触电能传输装置和电能传输方法。
【背景技术】
[0002]非接触电能传输技术(也叫无线电能传输技术)由于安全方便等优点广泛应用于电子充电领域中，实现无线电能传输的方式主要有磁感应式和磁共振式两种方式，通常常用的为磁共振式，磁共振式无线电能传输装置主要包括发射部分和接收部分，两者通过电磁共振原理实现能量传输。
[0003]—般来说，发射部分包括有逆变器、阻抗匹配电路和发射线圈，接收部分包括有接收线圈、阻抗匹配电路、整流电路(以全桥整流为例)和直流电压转换电路(DC-DC变换器)，如图1所示的非接触电能传输装置，图1中发射部分仅示出发射线圈，发射线圈Ls接收交变电流产生频率为ω。的交变磁场，接收线圈Ld感应出频率为ω。的交变电压Vsin(ω。)，之后，交变电压Vsin经过全桥整流电路整流和滤波电容C补偿以获得直流电压V_t。
[0004]在此过程中，当接收线圈Ld和发射线圈Ls.合好的情况下，接收线圈感生出的交变电压幅值较高；在耦合差的情况下，接收线圈感生出的交变电压幅值较低。因此，为了在接收端能够感应出最大幅值的直流电压Vmt，补偿电容C和接收端线圈的电感L共振频率设置为在频率ω。上。
[0005]但是，在电能传输过程中，由于发射线圈和接收线圈的耦合会发生变化，例如耦合突然增强或者发射线圈中的磁场能量突然增大，这将导致全桥整流电路后的直流电压V_t超过预设值，过大的电压会损坏后级的DC-DC变换器，甚至是负载侧的电子设备。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提出了一种非接触电能传输装置和电能传输方法，当检测到整流滤波后的直流电压超过预设电压值时，利用开关保护电路、阻抗匹配网路的其中一部分以及接收线圈形成一个回路，使得接收线圈的能量不流向后级的整流桥电路，直至直流电压恢复至不超过预设电压值。
[0007]依据本发明的一种非接触电能传输装置，包括隔离的发射部分和接收部分，所述发射部分包括有发射能量的发射线圈，所述接收部分包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络、整流滤波电路和电压转换电路，所述接收部分还包括开关保护电路和过压控制电路，
[0008]所述阻抗匹配网络包括第一阻抗电路和第二阻抗电路，所述第一阻抗电路和第二阻抗电路串联连接在所述接收线圈的第一端和整流滤波电路之间；
[0009]所述整流滤波电路接收所述接收线圈输出的高频交流电，以获得直流电压信号；
[0010]所述开关保护电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一极性端连接至所述第一阻抗电路和第二阻抗电路的公共连接点，第二极性端连接至地端，所述第二开关的第一极性端连接至所述接收线圈的第二端和整流滤波电路的公共连接点，第二极性端连接至地端；
[0011]所述过压控制电路接收所述直流电压信号和参考电压信号，产生开关控制信号控制所述第一开关和第二开关的开关状态，以使得所述直流电压信号不超过预设电压值。
[0012]优选的，所述整流滤波电路包括全桥整流电路和滤波电容，所述全桥整流电路接收所述接收线圈的高频交流电，以转换为正弦半波电压信号，所述滤波电容接收所述正弦半波电压信号，以获得直流电压信号。
[0013]进一步的，所述全桥整流电路包括串联连接的第一二极管、第二二极管和串联连接的第三二极管、第四二极管，两对串联连接的二级管再并联连接，所述第一二极管和第三二极管的公共连接端输出所述正弦半波电压信号；所述第二二极管和第四二极管的公共连接端连接地端；
[0014]所述第二阻抗电路连接至所述第一二极管和第二二极管的公共连接点。
[0015]进一步的，所述阻抗匹配网络还包括第三阻抗电路，所述第三阻抗电路串联连接在所述接收线圈的第二端和整流滤波电路之间；
[0016]并且，所述第二开关的第一极性端连接至所述接收线圈的第二端和第三阻抗电路的公共连接点。
[0017]优选的，所述第三阻抗电路连接至所述第三二极管和第四二极管的公共连接点。
[0018]进一步的，所述过压控制电路具体包括采样电路和滞环比较器，
[0019]所述采样电路采样所述直流电压信号，以获得采样电压信号；
[0020]所述滞环比较器接收所述采样电压信号和表征所述预设电压值的参考电压信号，输出所述开关控制信号，
[0021]当所述采样电压信号大于所述滞环比较器的上限电压值时，所述开关控制信号为有效状态以控制所述第一开关和第二开关同时导通；当所述采样电压信号小于所述滞环比较器的下限电压值时，所述开关控制信号为无效状态以控制所述第一开关和第二开关同时关断。
[0022]优选的，所述第一阻抗电路和第二阻抗电路分别为第一电容和第二电容，
[0023]在所述非接触电能传输装置正常工作过程中所述第一电容和第二电容串联后的等效电容与所述接收线圈的等效电感谐振，且谐振频率与系统工作频率一致。
[0024]优选的，所述第一阻抗电路、第二阻抗电路和第三阻抗电路分别为第一电容、第二电容和第三电容，
[0025]在所述非接触电能传输装置正常工作过程中所述第一电容、第二电容和第三电容串联后的等效电容与所述接收线圈的等效电感谐振，且谐振频率与系统工作频率一致。
[0026]进一步的，所述电压转换电路接收所述整流滤波电路传输的直流电压信号，通过直流电压转换后输出合适的电压大小供给电子设备。
[0027]优选的，所述第一开关和第二开关均为场效应晶体管。
[0028]依据本发明的一种非接触电能传输方法，应用于非接触电能传输装置中，所述非接触电能传输装置包括隔离的发射部分和接收部分，所述发射部分包括有发射能量的发射线圈，所述接收部分包括有接收能量的接收线圈、依次与所述接收线圈连接的阻抗匹配网络和整流滤波电路，包括以下步骤:
[0029]接收所述接收线圈输出的高频交流电，以获得直流电压信号；
[0030]检测所述直流电压信号的值，当所述直流电压信号大于预设电压值时，利用第一开关和第二开关组成的开关保护电路控制所述接收线圈的能量，以使能量不流向所述整流滤波电路，直至所述直流电压信号不超过预设电压值；
[0031]其中，所述阻抗匹配网络包括第一阻抗电路和第二阻抗电路，所述第一阻抗电路和第二阻抗电路串联连接在所述接收线圈的第一端和整流滤波电路之间；
[0032]所述第一开关的第一极性端连接至所述第一阻抗电路和第二阻抗电路的公共连接点，第二极性端连接至地端，所述第二开关的第一极性端连接至所述接收线圈的第二端和整流滤波电路的公共连接点，第二极性端连接至地端；
[0033]优选的，所述阻抗匹配网络还包括第三阻抗电路，所述第三阻抗电路串联连接在所述接收线圈的第二端和整流滤波电路之间；
[0034]并且，所述第二开关的第一极性端连接至所述接收线圈的第二端和第三阻抗电路的公共连接点。
[0035]进一步的，所述第一开关和第二开关由开关控制信号控制开关动作，所述开关控制信号产生的步骤包括:
[0036]采样所述直流电压信号