本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，具體涉及無(wú)線充電技術(shù)，更具體地，涉及一種可以調(diào)節(jié)整流模式的無(wú)線電能接收端和無(wú)線充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無(wú)線充電系統(tǒng)可以以非接觸的方式在無(wú)線電能發(fā)射端和無(wú)線電能接收端之間傳遞電能。一個(gè)典型的無(wú)線充電系統(tǒng)如圖1所示，無(wú)線電能發(fā)射端1包括輸入電容vin、逆變電路11和發(fā)射側(cè)諧振電路12。無(wú)線電能接收端2包括接收側(cè)諧振電路21和整流電路22。發(fā)射側(cè)諧振電路12和接收側(cè)諧振電路21通過(guò)共振頻率的交變磁場(chǎng)以非接觸的方式相互耦合，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳遞。整流電路22用于將接收側(cè)諧振電路21響應(yīng)于交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出。通常，整流電路22可以采用全橋整流電路(如圖2所示)或半橋整流電路(如圖3所示)。但是，無(wú)論采用哪一種均只能在一個(gè)模式下工作，這使得電路的工作電壓范圍較窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本公開提供一種無(wú)線電能接收端和無(wú)線充電系統(tǒng)，以使得無(wú)線電能接收端具有更大的工作電壓范圍，在磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)或較弱時(shí)均能正常工作。

根據(jù)本公開的第一方面，提供一種無(wú)線電能接收端，包括：

接收側(cè)諧振電路，被配置為以無(wú)線方式接收電能；

全橋整流電路，輸入端口與所述接收側(cè)諧振電路的輸出端口連接；以及

開關(guān)，連接在所述全橋整流電路的輸入端口的任一端和輸出端口的任一端之間，受控導(dǎo)通或關(guān)斷以調(diào)節(jié)所述全橋整流電路的工作模式。

優(yōu)選地，所述開關(guān)受控在所述接收側(cè)諧振電路的輸出電壓幅值高于第一閾值時(shí)關(guān)斷，低于所述第一閾值時(shí)導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述開關(guān)受控在所述全橋整流電路的輸出電壓高于第二閾值時(shí)關(guān)斷，低于所述第二閾值時(shí)導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述開關(guān)為可控電開關(guān)或可控機(jī)械開關(guān)。

優(yōu)選地，所述開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(mosfet)、雙極性晶體管(bjt)或絕緣柵型晶體管(igbt)。

優(yōu)選地，所述接收側(cè)諧振電路包括接收線圈。

優(yōu)選地，所述接收側(cè)協(xié)整電路還包括：

接收電容，與所述接收線圈串聯(lián)。

優(yōu)選地，所述全橋整流電路包括：

第一二極管，連接在輸入端口的第一端和輸出端口的第一端之間；

第二二極管，連接在輸入端口的第二端和輸出端口的第一端之間；

第三二極管，連接在輸入端口的第一端和輸出端口的第二端之間；以及

第四二極管，連接在輸入端口的第二端和輸出端口的第二端之間。

根據(jù)本公開的第二方面，提供一種無(wú)線充電系統(tǒng)，包括：

無(wú)線電能發(fā)射端，被配置為以無(wú)線方式發(fā)射電能；以及

至少一個(gè)如上所述的無(wú)線電能接收端

本公開的技術(shù)方案通過(guò)設(shè)置用于切換整流電路工作模式的開關(guān)，將開關(guān)設(shè)置于全橋整流電路的任一個(gè)輸入端和任一個(gè)輸出端之間，在開關(guān)關(guān)斷時(shí)，全橋整流電路正常工作，在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，全橋整流電路中的部分整流元件以半橋倍壓的方式工作，另一部分被短路不工作，因此，使得整流電路的整流模式可調(diào)，進(jìn)而使得整流電路的輸出電壓可調(diào)，擴(kuò)大無(wú)線電能接收端的工作電壓范圍，在磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)或較弱時(shí)均能正常工作。同時(shí)，還可以配置工作電壓范圍相對(duì)較小的后級(jí)電路(例如dc-dc變換器)降低成本。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線充電系統(tǒng)的電路圖；

圖2是采用全橋整流電路的無(wú)線電能接收端的電路圖；

圖3是采用半橋整理電路的無(wú)線電能接收端的電路圖；

圖4是本公開第一實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖；

圖5是本公開第一實(shí)施例的無(wú)線電能接收端在第一模式的第一狀態(tài)下的等效電路圖；

圖6是本公開第一實(shí)施例的無(wú)線電能接收端在第一模式的第二狀態(tài)下的等效電路圖；

圖7是本公開第一實(shí)施例的無(wú)線電能接收端在第二模式的第一狀態(tài)下的等效電路圖；

圖8是本公開第一實(shí)施例的無(wú)線電能接收端在第二模式的第二狀態(tài)下的等效電路圖；

圖9是本公開第二實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖；

圖10是本公開第三實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖；

圖11是本公開第四實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖；

圖12是本公開第五實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖；

圖13是本公開第六實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本公開的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本公開并不僅僅限于這些實(shí)施例。本公開涵蓋任何在本公開的本質(zhì)和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對(duì)本公開有徹底的了解，在以下本公開優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明了具體的細(xì)節(jié)，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本公開。

在權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)其后所列裝置的限制。它不排除其他元件或者步驟。因此，表述“一種器件包括裝置a和b”的范圍應(yīng)當(dāng)不限于只包括部件a和b的器件。它意味著針對(duì)本公開，該器件的相關(guān)部件是a和b。

此外，在本說(shuō)明書和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等用于在類似的元件之間進(jìn)行區(qū)分，不一定用于描述順序或者時(shí)序。應(yīng)當(dāng)理解，這樣使用的術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)?shù)那闆r下是可以互換的，并且在此描述的本公開的實(shí)施例能夠在不同于在此描述或者說(shuō)明的順序下運(yùn)行。

應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件被稱為與另一個(gè)元件“連接”或“耦接”時(shí)，它可以與另一個(gè)元件直接連接或耦接，或者可以存在中間元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為與另一個(gè)元件上“直接連接”、“直接耦接”時(shí)，不存在中間元件。用于描述元件之間的關(guān)系的其他詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)用相同的方式進(jìn)行理解(即，“...與...之間”與“...與...直接之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。

圖4是本公開第一實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖。如圖4所示，本實(shí)施例的無(wú)線電能接收端3a包括接收側(cè)諧振電路31、全橋整流電路32和開關(guān)q。其中，接收側(cè)諧振電路31被配置為以非接觸方式與對(duì)應(yīng)的無(wú)線電能發(fā)射端(圖中未示出)的發(fā)射側(cè)諧振電路耦合，從而以無(wú)線方式接收電能。接收側(cè)諧振電路31可以包括接收線圈ld。在一個(gè)實(shí)施方式中，接收側(cè)諧振電路31還包括與接收線圈ld串聯(lián)接收電容cd，兩者形成串聯(lián)諧振電路，從而可以響應(yīng)于頻率為預(yù)定工作頻率f0的交變磁場(chǎng)諧振，輸出交流電。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過(guò)接收線圈導(dǎo)線之間形成寄生電容形成接收電容cd，從而不必專門設(shè)置獨(dú)立的電容元件。

橋式整流電路(bridgerectifier)分為全橋整流電路和半橋整流電路。全橋整流電路通過(guò)四個(gè)二極管構(gòu)成兩個(gè)橋臂，從而在交流電的正半周期和負(fù)半周期都保持輸出。而將半橋整流電路應(yīng)用于無(wú)線電能接收端時(shí)，接收電容cd會(huì)與半橋整流電路的二極管d1-d2以及輸出電容vdc構(gòu)成一個(gè)半橋型的倍壓整流電路(如圖3所示)。在交流電的負(fù)半周，二極管d1導(dǎo)通，且二極管d2關(guān)斷，交流電流經(jīng)由二極管d1向電容cd充電至一定的電壓值。在交流電正半周時(shí)，二極管d1關(guān)斷，且二極管d2導(dǎo)通，交流電流經(jīng)由二極管d2向整流電路的輸出端口供電。此時(shí)，之前在電容cd上的電壓會(huì)與交流電正半周的電壓疊加輸出到輸出端口，從而使得輸出端口電壓數(shù)倍于交流電的電壓。由此，在將半橋整流電路應(yīng)用于無(wú)線電能接收端時(shí)，其輸出電壓高于全橋整流電路。因此，在無(wú)線電能接收端位于交變磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱的位置時(shí)，如果無(wú)線電能接收端使用的整流電路為全橋整流電路，則其輸出的直流電壓可能過(guò)低，比如小于5v。這會(huì)使得輸出電壓無(wú)法帶動(dòng)后續(xù)電路(例如dc-dc變換器)工作，無(wú)線電能接收端實(shí)質(zhì)上不工作。無(wú)線充電的范圍較小。而如果使用能夠倍壓整流的半橋整流電路，由于輸出電壓是交流電電壓的2倍，則可以在磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱的位置使得整流電路輸出高于5v，無(wú)線電能接收端仍然能夠工作。但是，如果半橋整流電路在磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)的位置輸出的電壓過(guò)高，例如高于40v，則會(huì)損壞后級(jí)的電路。如果通過(guò)調(diào)整參數(shù)降低整流后的電壓，則充電范圍不能獲得有效擴(kuò)展。而如果通過(guò)提高后級(jí)電路的耐壓性能來(lái)擴(kuò)大工作范圍，則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備成本的大幅度提高。

有鑒于此，在本實(shí)施例中，設(shè)置全橋整流電路32和開關(guān)q。全橋整流電路包括二極管d1-d4。二極管d1連接在輸入端口的端i1和輸出端口的端o1之間。二極管d2連接在輸入端口的端i2和輸出端口的端o1之間。二極管d3連接在輸入端口的端i1和輸出端口的端o2之間。二極管d4連接在輸入端口的端i2和輸出端口的端o2之間。

在本實(shí)施例中，開關(guān)q設(shè)置在全橋整流電路32的輸入端口的端i2和輸出端口的端o2之間。通過(guò)開關(guān)q的導(dǎo)通和關(guān)斷切換整流電路的工作模式。在開關(guān)q關(guān)斷時(shí)，無(wú)線電能接收端3a位于第一模式。如圖5所示，在交流電的正半周期，端i1的電壓高于端i2的電壓。此時(shí)，無(wú)線電能接收端3a處于第一模式的第一狀態(tài)，也即，二極管d1和d4導(dǎo)通，二極管d2和d3關(guān)斷，形成經(jīng)由線圈ld、電容cd、二極管d1、輸出電容vdc和二極管d4的電流回路。如圖6所示，在交流電的負(fù)半周期，端i1的電壓低于端i2的電壓。無(wú)線電能接收端3a處于第一模式的第二狀態(tài)，也即，二極管d2和d3導(dǎo)通，二極管d1和d4關(guān)斷，形成經(jīng)由電容cd、線圈ld、二極管d2、輸出電容vdc和二極管d3的電流回路。在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下，輸出電容vdc兩端電壓(也即端o1和端o2之間的電壓)的方向保持不變，實(shí)現(xiàn)全橋整流。

在開關(guān)q導(dǎo)通時(shí)，二極管d4被短路，無(wú)線電能接收端3a切換到第二模式。如圖7所示，在交流電的正半周期，端i1的電壓高于端i2的電壓。無(wú)線電能接收端3a處于第二模式的第一狀態(tài)，也即，二極管d1導(dǎo)通，二極管d2、d3和d4均保持關(guān)斷，形成經(jīng)由線圈ld、電容cd、二極管d1、輸出電容vdc和開關(guān)q的電流回路。接收側(cè)諧振電路31對(duì)整流電路供電。如圖8所示，在交流電的負(fù)半周期，端i1的電壓低于端i2的電壓。無(wú)線電能接收端3a處于第二模式的第二狀態(tài)，也即，二極管d2導(dǎo)通，二極管d1、d3和d4均保持關(guān)斷，形成經(jīng)由線圈ld、開關(guān)q、二極管d3和電容cd的電流回路。由此可見(jiàn)，在第二模式下，由于開關(guān)q導(dǎo)通，使得全橋整流電路中的二極管d2和d4不起作用。全橋整流電路與開關(guān)q配合實(shí)際上以半橋倍壓整流電路的形式工作。也即，在交流電負(fù)半周期，對(duì)電容cd充電，在交流電正半周期，電容cd的電壓疊加諧振產(chǎn)生的交流電對(duì)整流電路的輸出端口供電。由此，可以使得輸出端口的電壓較高。

由此，在第一模式下，開關(guān)q關(guān)斷使得全橋整流電路正常工作，輸出電壓較低，而在第二模式下，開關(guān)q導(dǎo)通使得全橋整流電路部分被短路，以半橋倍壓整流電路的形式工作，輸出電壓較高。利用不同模式的特性，在磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，控制開關(guān)q關(guān)斷，以防止輸出過(guò)壓，在磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱時(shí)，控制開關(guān)q導(dǎo)通，提高輸出電壓。由此，可以有效地?cái)U(kuò)展無(wú)線電能接收端的工作范圍，使得無(wú)線電能接收端在各個(gè)位置均能正常工作，同時(shí)，不需要大幅增加設(shè)備成本。

具體地，可以通過(guò)檢測(cè)諧振產(chǎn)生的交流電壓的幅值或整流電路的輸出電壓來(lái)判斷磁場(chǎng)的強(qiáng)度。例如，在接收側(cè)諧振電路的輸出電壓幅值高于第一閾值時(shí)控制開關(guān)q關(guān)斷，使得無(wú)線電能接收端3a處于第一模式，防止輸出過(guò)壓，在接收側(cè)諧振電路的輸出電壓幅值低于第一閾值時(shí)控制開關(guān)q導(dǎo)通，使得無(wú)線電能接收端處于第二模式，提高輸出電壓，使得磁場(chǎng)較弱時(shí)仍然能夠正常工作。又例如，在整流電路的輸出電壓高于第二閾值時(shí)控制開關(guān)q關(guān)斷，使得無(wú)線電能接收端3a處于第一模式，防止輸出過(guò)壓，在接收側(cè)諧振電路的輸出電壓幅值低于第一閾值時(shí)控制開關(guān)q導(dǎo)通，使得無(wú)線電能接收端處于第二模式，提高輸出電壓，使得磁場(chǎng)較弱時(shí)仍然能夠正常工作。

圖9是本公開第二實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖。如圖9所示，本實(shí)施例的無(wú)線電能接收端3b中，開關(guān)q連接在全橋整流電路32的輸入端口的端i1和輸出端口的端o2之間。由于全橋整流電路32是完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，因此，在開關(guān)q導(dǎo)通，可以實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施例基本相同的效果。在開關(guān)q關(guān)斷時(shí)，全橋整流電路32正常工作。在開關(guān)q導(dǎo)通時(shí)，在第一狀態(tài)下形成經(jīng)由線圈ld、電容cd、開關(guān)q和二極管d4的電流回路，在交流電正半周期對(duì)電容cd充電。在第二狀態(tài)下形成經(jīng)由電容cd、線圈ld、二極管d2、輸出電容vdc和開關(guān)q的電流回路。在交流電的負(fù)半周期，諧振產(chǎn)生的交流電和電容cd上的電壓同時(shí)對(duì)輸出端口供電。由此，同樣可以實(shí)現(xiàn)在第二模式下提高輸出電壓，使得磁場(chǎng)強(qiáng)度較小時(shí)無(wú)線電能接收端仍能正常工作。有效地?cái)U(kuò)展無(wú)線電能接收端的工作范圍，使得無(wú)線電能接收端在各個(gè)位置均能正常工作，同時(shí)，不需要大幅增加設(shè)備成本。

圖10是本公開第三實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖。如圖10所示，本實(shí)施例的無(wú)線電能接收端3c中，開關(guān)q連接在全橋整流電路32的輸入端口的端i1和輸出端口的端o1之間。在開關(guān)q關(guān)斷時(shí)，全橋整流電路32正常工作。在開關(guān)q導(dǎo)通時(shí)，在交流電正半周期，形成經(jīng)由線圈ld、電容cd、開關(guān)q、輸出電容vdc和二極管d4的電流回路。在交流電負(fù)半周期，形成經(jīng)由線圈ld、二極管d2、開關(guān)q、電容cd的電流回路。在交流電負(fù)半周期，諧振產(chǎn)生的交流電對(duì)電容cd充電。在交流電正半周期，電容cd上的電壓和諧振產(chǎn)生的電壓同時(shí)對(duì)輸出端口供電。由此，同樣可以實(shí)現(xiàn)在第二模式下提高輸出電壓，使得磁場(chǎng)強(qiáng)度較小時(shí)無(wú)線電能接收端仍能正常工作。有效地?cái)U(kuò)展無(wú)線電能接收端的工作范圍，使得無(wú)線電能接收端在各個(gè)位置均能正常工作，同時(shí)，不需要大幅增加設(shè)備成本。

圖11是本公開第四實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖。如圖11所示，本實(shí)施例的無(wú)線電能接收端3d中，開關(guān)q連接在全橋整流電路32的輸入端口的端i2和輸出端口的端o1之間。在開關(guān)q關(guān)斷時(shí)，全橋整流電路32正常工作。在開關(guān)q導(dǎo)通時(shí)，在交流電正半周期，形成經(jīng)由線圈ld、電容cd、二極管d1和開關(guān)q的電流回路，諧振產(chǎn)生的電壓對(duì)電容cd充電；在交流電負(fù)半周期，形成經(jīng)由電容cd、線圈ld、開關(guān)q、輸出電容vdc和二極管d3的電流回路，電容cd上的電壓和諧振產(chǎn)生的電壓同時(shí)對(duì)輸出端口供電。由此，同樣可以實(shí)現(xiàn)在第二模式下提高輸出電壓，使得磁場(chǎng)強(qiáng)度較小時(shí)無(wú)線電能接收端仍能正常工作。有效地?cái)U(kuò)展無(wú)線電能接收端的工作范圍，使得無(wú)線電能接收端在各個(gè)位置均能正常工作，同時(shí)，不需要增加設(shè)備成本。

綜上所述，開關(guān)q可以連接在全橋整流電路32的輸入端口的任意一端和輸出端口的任意一端之間。在開關(guān)q關(guān)斷時(shí)使得全橋整流電路正常工作，在開關(guān)q導(dǎo)通時(shí)，使得全橋整流電路中d1和d3或d2和d4以半橋方式工作。

應(yīng)理解，在上述實(shí)施例中，開關(guān)q可以采用可控電開關(guān)，例如金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(mosfet)、雙極性晶體管(bjt)或絕緣柵雙極型晶體管(igbt)，也可以采用可控機(jī)械開關(guān)，例如繼電器等。

圖12和圖13分別是本公開第五實(shí)施例和第六實(shí)施例的無(wú)線電能接收端的電路圖。如圖12和圖13所示，在這兩個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)q采用由一對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管構(gòu)成的雙向開關(guān)電路。開關(guān)q連接在輸入端口的端i1或i2與輸出端口的端o2(也即輸出端口的接地端)之間。由于采用金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，在開關(guān)q與輸出端口共地時(shí)，開關(guān)更容易被驅(qū)動(dòng)，使得電路能夠更為順暢的工作。

本公開各實(shí)施例的無(wú)線電能接收端均可以與各種現(xiàn)有的諧振型無(wú)線電能發(fā)射端配合使用構(gòu)成無(wú)線充電系統(tǒng)。

以上描述是本公開實(shí)施例的描述。在不脫離本公開的范圍的情況下，可以實(shí)現(xiàn)各種變更和改變。本公開是出于說(shuō)明性目的提出的，并且不應(yīng)被解釋為本公開的所有實(shí)施例的排他性描述，或使本公開的范圍局限于結(jié)合這些實(shí)施例所說(shuō)明和所描述的特定元件。在沒(méi)有限制的情況下，可以用提供基本上類似功能或以其他方式提供充分操作的替換元件來(lái)代替所描述的發(fā)明的任何一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)元件。這包括目前已知的替換元件，諸如本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)前可能已知的那些，以及可能在未來(lái)開發(fā)的替換元件，諸如本領(lǐng)域的技術(shù)人員在開發(fā)時(shí)可能承認(rèn)為替換的那些。