單控串聯(lián)諧振電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種單控串聯(lián)諧振電路，其中，單控串聯(lián)諧振電路包括：開關(guān)管、諧振發(fā)射線圈以及諧振電容，其中，所述諧振發(fā)射線圈一端與所述諧振電容的一端相連，所述諧振發(fā)射線圈的另一端與電源正極相連，所述諧振電容的另一端接地；所述開關(guān)管的第一端與所述諧振電容的一端相連，所述開關(guān)管的第二端與所述諧振電容的另一端相連。該單控串聯(lián)諧振電路的電路十分簡單，成本低廉，且EMC特性良好。
【專利說明】
單控串聯(lián)諧振電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明實施例涉及電路技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種單控串聯(lián)諧振電路。
【背景技術(shù)】
[0002]無線供電是通過線圈的電磁效應(yīng)將電源的電能轉(zhuǎn)換成無線傳播的能量，在接收端又將此能量轉(zhuǎn)變回電能，從而對電器進(jìn)行無線供電。
[0003]傳統(tǒng)的無線供電系統(tǒng)包括磁共振無線供電系統(tǒng)。磁共振無線供電系統(tǒng)包括無線供電發(fā)射機以及接收電路，無線供電發(fā)射機包括諧振電路，諧振電路包括供電電路、諧振發(fā)射線圈和電容，諧振發(fā)射線圈將供電電路中的電能轉(zhuǎn)換成磁場能量，接收電路將接收到的磁場能量轉(zhuǎn)換為電能為負(fù)載供電?，F(xiàn)有技術(shù)中的諧振電路比較復(fù)雜，且EMC(Electrc)Magnetic Compatibility，電磁兼容性)特性交差，而諧振電路的特性直接影響了無線供電發(fā)射機發(fā)射磁能的功率和效率。
[0004]因此，迫切需要一種電路簡單且EMC特性好的諧振電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種單控串聯(lián)諧振電路以及無線供電發(fā)射機，以克服現(xiàn)有技術(shù)中單控串聯(lián)諧振電路不能同時滿足電路簡單、EMC特性好的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種應(yīng)用于無線供電中的單控串聯(lián)諧振電路，包括開關(guān)管、諧振發(fā)射線圈以及諧振電容，其中，
[0008]所述諧振發(fā)射線圈一端與所述諧振電容的一端相連，所述諧振發(fā)射線圈的另一端與電源正極相連，所述諧振電容的另一端接地;所述開關(guān)管的第一端與所述諧振電容的一端相連，所述開關(guān)管的第二端與所述諧振電容的另一端相連。
[0009]其中，所述開關(guān)管為MOSFET或IGBT。
[0010]其中，所述諧振電容為等效諧振電容、所述電感為等效電感和/或所述開關(guān)管為等效開關(guān)管。
[0011]其中，驅(qū)動所述開關(guān)管的信號的頻率與所述諧振發(fā)射線圈與諧振電容的諧振頻率相同。
[0012]經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例提供的單控串聯(lián)諧振電路，是一個由三個元件組成的簡單的電路，電路十分簡單，成本低廉。諧振電容有兩方面的作用，諧振電容主要作用是與諧振發(fā)射線圈組成諧振環(huán)，諧振電容的次要作用是，其并聯(lián)在開關(guān)管的開關(guān)兩端，吸收開關(guān)管兩端的高脈沖電流，防止損壞開關(guān)管;諧振發(fā)射線圈也具有兩種作用，一種是與諧振電容組成諧振環(huán)，另一種是作為發(fā)射磁能的諧振發(fā)射線圈。當(dāng)開關(guān)管的控制端為高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，此時諧振電容被短路，由于諧振發(fā)射線圈的特性，決定了諧振發(fā)射線圈兩端電壓不能突變，因此，能量貯存在諧振發(fā)射線圈中；當(dāng)開關(guān)管的控制端為低電平時，開關(guān)管截止，諧振發(fā)射線圈中的能量釋放，給諧振電容充電，在這個過程中，諧振發(fā)射線圈中的大部分能量轉(zhuǎn)換為磁能對外發(fā)射，少部分能量貯存在諧振電容中，開關(guān)管不斷重復(fù)上述過程，諧振發(fā)射線圈不斷對外發(fā)射磁能，諧振發(fā)射線圈發(fā)射的磁能只有一種頻率，因此波形穩(wěn)定，諧波少，EMC特性良好，且具有輸出功率大的特定。
[0013]進(jìn)一步的，單控串聯(lián)諧振電路可以只需要開關(guān)管的控制端與信號源的輸出信號端相連即可，即可以實現(xiàn)單控串聯(lián)諧振電路的單電源供電，使得單控串聯(lián)諧振電路容易控制。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1(a)為現(xiàn)有技術(shù)中的單管反激電路；
[0016]圖1(b)為現(xiàn)有技術(shù)中的半橋電路；
[0017]圖1(c)為現(xiàn)有技術(shù)中的全橋電路；
[0018]圖2為應(yīng)用于無線供電的單控串聯(lián)諧振電路的一種實現(xiàn)方式的電路；
[0019]圖3為單控串聯(lián)諧振電路的一種實現(xiàn)方式的電路圖；
[0020]圖4為單控串聯(lián)諧振電路的另一種實現(xiàn)方式的電路圖。
【具體實施方式】
[0021 ]為了引用和清楚起見，下文中使用的技術(shù)名詞的說明、簡寫或縮寫總結(jié)如下:
[0022]為了引用和清楚起見，下文中使用的技術(shù)名詞的說明、簡寫或縮寫總結(jié)如下:
[0023]IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣棚.雙極型晶體管；
[0024]MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半場效晶體管；
[0025]EMC:Electro Magnetic Compatibility，電磁兼容性；
[0026]PffM:Pulse Width Modulat1n，脈沖寬度調(diào)制。
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]現(xiàn)有的諧振電路包括單管反激電路、半橋電路以及全橋電路，如圖1(a)所示，在單管反激電路中諧振環(huán)的諧振電容C和諧振發(fā)射線圈L并聯(lián)，諧振環(huán)的一端與電源正極V+相連，諧振環(huán)的另一端與開關(guān)管Tl的集電極相連，開關(guān)管Tl的發(fā)射極接地。如圖1(b)所示，為半橋電路，在半橋電路中，諧振環(huán)中的諧振電容C和諧振發(fā)射線圈L可以是串聯(lián)也可以是并聯(lián)，半橋電路有兩個橋臂，左橋臂是由兩個開關(guān)管Tl和T2上下串聯(lián)而成的，右橋臂是由兩諧振電容C3和C4上下串聯(lián)而成的，諧振環(huán)的一端接在左橋臂的中點上，諧振環(huán)的另一端接在右橋臂的中點上；左橋臂和右橋臂的電路可以互換。如圖1 (c)所示，為全橋電路，在全橋電路中，諧振環(huán)允許諧振電容C和諧振發(fā)射線圈L串聯(lián)或并聯(lián)的形式出現(xiàn)，全橋電路有兩個橋臂，左橋臂是由兩個開關(guān)管Tl和T2上下串聯(lián)而成的，右橋臂也是由兩個開關(guān)管T3和T4上下串聯(lián)而成的，諧振環(huán)的一端接在左橋臂的中點上，諧振環(huán)的另一端接在右橋臂的中點上。
[0029]發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造的過程中發(fā)現(xiàn)，單管反激電路雖然簡單，成本低廉，易于控制，但其缺點更突出，在諧振環(huán)的自由諧振和單控串聯(lián)諧振電路的主動諧振相互作用下，因倍頻和疊加產(chǎn)生復(fù)雜的次生振蕩，給環(huán)境的電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的污染，且EMC特性特別差。半橋電路通常需要2至3路隔離電源，成本適中，容易控制，但電流波形容易受泄漏電流的影響產(chǎn)生畸變，影響EMC特性，輸出功率小于全橋電路的輸出功率。全橋電路的電路復(fù)雜，驅(qū)動需要4至5路隔離電源，成本高，不易控制，但電流波形和電壓波形完整，EMC特性好，輸出功率大。
[0030]如圖2所示，為應(yīng)用于無線供電的單控串聯(lián)諧振電路的一種實現(xiàn)方式的電路圖，單控串聯(lián)諧振電路包括諧振發(fā)射線圈L、諧振電容C以及開關(guān)管K，其中:
[0031]所述諧振發(fā)射線圈L一端與所述諧振電容C的一端相連，所述諧振發(fā)射線圈L的另一端與電源正極V+相連，所述諧振電容C的另一端接地，所述開關(guān)管的第一端與所述諧振電容的一端相連，所述開關(guān)管的第二端與所述諧振電容的另一端相連。
[0032]本發(fā)明實施例中開關(guān)管可以為NM0SFET，此時第一端可以為漏極，相應(yīng)的第二端為源極，控制端為柵極;開關(guān)管可以為PM0SFET，此時第一端為源極，第二端為漏極，控制端為柵極;開關(guān)管可以為IGBT，此時第一端為集電極，相應(yīng)的第二端為發(fā)射極，控制端為柵極。
[0033]驅(qū)動開關(guān)管K的信號的頻率與諧振環(huán)的固有自由諧振頻率一致，即驅(qū)動所述開關(guān)管的信號的頻率與所述諧振發(fā)射線圈與諧振電容的諧振頻率相同。
[0034]上述單控串聯(lián)諧振電路實施例中單控串聯(lián)諧振電路的實現(xiàn)原理如下:當(dāng)開關(guān)管K的控制端有高電平時，開關(guān)管K導(dǎo)通，諧振電容C被短路，此時諧振發(fā)射線圈L與開關(guān)管K的第一端相連的一端接地，電源V+通過諧振線圈L對地形成電流，由于諧振發(fā)射線圈的特性，決定了諧振發(fā)射線圈L的兩端電壓不能突變，因此，能量貯存在諧振發(fā)射線圈L中；當(dāng)開關(guān)管K的控制端為低電平時，開關(guān)管K截止，諧振發(fā)射線圈L中的能量釋放，給諧振電容C充電，在這個過程中，諧振發(fā)射線圈L中的大部分能量轉(zhuǎn)化為磁能對外發(fā)射，少部分能量貯存到諧振電容C中；開關(guān)管K不斷重復(fù)上述過程，諧振發(fā)射線圈L就不斷對外發(fā)射磁能，為無線供電的電器即負(fù)載提供能源。
[0035]上述單控串聯(lián)諧振電路實施例中，諧振電容并聯(lián)在開關(guān)管的開關(guān)兩端，該諧振電容即實現(xiàn)了吸收諧振電容的功能，即吸收開關(guān)管的開關(guān)兩端的高脈沖電流，防止損壞開關(guān)管，又是單控串聯(lián)諧振電路中諧振環(huán)的一部分。
[0036]諧振電容是諧振環(huán)的一部分，與諧振發(fā)射線圈有著嚴(yán)格的參數(shù)匹配。
[0037]本發(fā)明實施例提供的單控串聯(lián)諧振電路，是一個由三個元件組成的簡單的電路，但它具有以下主要特性:電路十分簡單，成本低廉，波形穩(wěn)定，諧波少，EMC特性良好，輸出功率大，單電源供電，容易控制等優(yōu)點。
[0038]—個線圈中，如果每一圈相鄰的繞線都緊貼則稱之為緊密型線圈；如果每一圈相鄰的繞線之間都有空隙則稱之為松散型線圈。
[0039]用兩個以個(含兩個)諧振發(fā)射線圈串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)，組成一個等效線圈，可以替代本發(fā)明實施例中的諧振發(fā)射線圈。
[0040]用兩個以個(含兩個)諧振電容串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)，組成一個等效諧振電容，可以替代本發(fā)明實施例中的諧振電容C。
[0041]用兩個以個(含兩個)開關(guān)管并聯(lián)，以加大控制電流，組成一個等效開關(guān)管，可以替代本發(fā)明實施例中的開關(guān)管。
[0042]如圖3所示為單控串聯(lián)諧振電路的一種實現(xiàn)方式的電路圖。單控串聯(lián)諧振電路包括MOSFET開關(guān)管T1、諧振電容C以及諧振發(fā)射線圈L，其中:
[0043]所述諧振發(fā)射線圈L一端與所述諧振電容C的一端相連，所述諧振發(fā)射線圈L的另一端與電源正極V+相連，所述諧振電容C的另一端接地，所述MOSFET開關(guān)管Tl的控制端與信號源SG的信號輸出端相連;所述MOSFET開關(guān)管Tl的第一端與所述諧振電容C的一端相連，所述MOSFET開關(guān)管Tl的第二端與所述諧振電容C的另一端相連。
[0044]如圖4所示，為單控串聯(lián)諧振電路的另一種實現(xiàn)方式的電路圖。單控串聯(lián)諧振電路包括IGBT開關(guān)管Fl、諧振電容C以及諧振發(fā)射線圈L，其中:
[0045]所述諧振發(fā)射線圈L一端與所述諧振電容C的一端相連，所述諧振發(fā)射線圈L的另一端與電源正極V+相連，所述諧振電容C的另一端接地，所述IGBT開關(guān)管Fl的控制端與信號源SG的信號輸出端相連;所述IGBT開關(guān)管Fl的第一端與所述諧振電容C的一端相連，所述IGBT開關(guān)管Fl的第二端與所述諧振電容C的另一端相連。
[0046]信號源SG輸出的信號可以是方波脈沖信號也可以是HVM信號，該信號的占空比可以小于50%，但本發(fā)明實施例并不對此做具體限定。
[0047]上述單控串聯(lián)諧振電路實施例中單控串聯(lián)諧振電路的實現(xiàn)原理如下:當(dāng)IGBT開關(guān)管Fl或MOSFET開關(guān)管Tl的控制端有一個方波高脈沖即高電平時，IGBT開關(guān)管Fl或MOSFET開關(guān)管TI導(dǎo)通，諧振電容C被短路，此時諧振發(fā)射線圈L與IGBT開關(guān)管Fl或MOSFET開關(guān)管TI的第一端相連的一端接地，電源V+通過諧振線圈L對地形成電流，由于諧振發(fā)射線圈的特性，決定了諧振發(fā)射線圈L的兩端電壓不能突變，因此，能量貯存在諧振發(fā)射線圈L中；當(dāng)IGBT開關(guān)管Fl或MOSFET開關(guān)管Tl的控制端為低電平時，IGBT開關(guān)管Fl或MOSFET開關(guān)管Tl截止，諧振發(fā)射線圈L中的能量釋放，給諧振電容C充電，在這個過程中，諧振發(fā)射線圈L中的大部分能量轉(zhuǎn)化為磁能對外發(fā)射，少部分能量貯存到諧振電容C中；IGBT開關(guān)管Fl或MOSFET開關(guān)管Tl不斷重復(fù)上述過程，諧振發(fā)射線圈L就不斷對外發(fā)射磁能，為無線供電的電器即負(fù)載提供能源。
[0048]上述附圖中的虛線箭頭表示諧振發(fā)射線圈產(chǎn)生的能量的傳輸方向。
[0049]本發(fā)明實施例還提供了一種無線供電發(fā)射機，包括信號源以及上述任一所述單控串聯(lián)諧振電路，所述信號源的信號輸出端與所述單控串聯(lián)諧振電路的開關(guān)管的控制端相連。
[0050]需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
[0051]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種單控串聯(lián)諧振電路，應(yīng)用于無線供電，其特征在于，包括開關(guān)管、諧振發(fā)射線圈以及諧振電容，其中， 所述諧振發(fā)射線圈一端與所述諧振電容的一端相連，所述諧振發(fā)射線圈的另一端與電源正極相連，所述諧振電容的另一端接地;所述開關(guān)管的第一端與所述諧振電容的一端相連，所述開關(guān)管的第二端與所述諧振電容的另一端相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單控串聯(lián)諧振電路，其特征在于，所述開關(guān)管為MOSFET或IGBT。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述單控串聯(lián)諧振電路，其特征在于，所述諧振電容為等效諧振電容、所述電感為等效電感和/或所述開關(guān)管為等效開關(guān)管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述單控串聯(lián)諧振電路，其特征在于，驅(qū)動所述開關(guān)管的信號的頻率與所述諧振發(fā)射線圈與諧振電容的諧振頻率相同。
【文檔編號】H02J50/12GK105958665SQ201610381959
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】朱斯忠, 徐寶華, 何智
【申請人】中惠創(chuàng)智無線供電技術(shù)有限公司