本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，具體涉及無線充電技術(shù)，更具體地，涉及一種無線電能接收電路。

背景技術(shù)：

無線供電技術(shù)可以以無線方式在電子設(shè)備之間傳輸電能，因而廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和其它類型的電子產(chǎn)品中。無線供電技術(shù)通常通過發(fā)射側(cè)線圈和接收側(cè)線圈的相互電磁耦合來實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。其中，磁共振型無線供電方法可以以無線方式向相距一定距離的接收端高效提供電能。在該方法中，電能發(fā)射端和電能接收端都配備有由線圈和電容組成的諧振電路，它允許電場和磁場在兩個(gè)電路之間諧振，以無線傳輸電能。

如圖1和圖2所示，現(xiàn)有的無線電能接收電路通常采用線圈ld和電容cd串聯(lián)來形成lc諧振電路，lc諧振電路在預(yù)定的工作角頻率ω0諧振，使得無線電能接收電路的阻抗為零(也即，)，從而能以較高的傳輸效率進(jìn)行電能發(fā)射。

但是，為了在供電時(shí)基于無線電能接收端更大的位置自由度或同時(shí)耦合多個(gè)無線電能接收端進(jìn)行供電，通常會(huì)增加發(fā)射線圈ls或接收線圈ld的尺寸和感值，以提高發(fā)射和接收線圈的耦合。這會(huì)導(dǎo)致線圈匝數(shù)和面積的增加，進(jìn)而增加線圈的對(duì)大地寄生電容cp＝εs/d，其中，ε為介電常數(shù)，s為線圈的面積，d為線圈與地之間的距離。同時(shí)，如圖2所示，由于寄生電容c1-cn的存在，線圈上的跳變電壓容易通過寄生電容形成對(duì)地共模電流icm，icm＝cpdv/dt，引起傳導(dǎo)電磁干擾(emi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種無線電能接收電路，以通過改進(jìn)傳統(tǒng)的半橋整流電路進(jìn)一步抑制對(duì)地共模電流。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無線電能接收電路，包括：

諧振電路，適于響應(yīng)預(yù)定頻率的交變電磁場諧振；以及

整流電路，適于將高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電；

其中，所述諧振電路包括第一諧振元件和分別設(shè)置于所述第一諧振元件兩側(cè)的第二諧振元件和第三諧振元件；所述整流電路被配置為在電流方向切換時(shí)使得所述諧振電路的輸出端口的第一端和第二端的電壓產(chǎn)生幅度基本相同，方向相反的跳變，以使所述無線諧振電路對(duì)地共模電流最小化。

進(jìn)一步地，所述整流電路包括：

第一二極管，設(shè)置在整流電路的輸入端口的第一端和第二端之間；

第二二極管，設(shè)置在整流電路的輸入端口的第一端和輸出端口的第一端之間；

第三二極管，設(shè)置在整流電路的輸入端口的二端和輸出端口的第二端之間。

進(jìn)一步地，所述第一二極管的正極連接到所述整流電路輸入端口的第二端，所述第一二極管的負(fù)極連接到所述整流電路輸入端口的第一端，所述第二二極管的正極連接到所述整流電路輸入端口的第一端，所述第二二極管的負(fù)極連接到所述整流電路輸出端口的第一端，所述第三二極管的正極連接到所述整流電路輸出端口的第二端，所述第三二極管的負(fù)極連接到所述整流電路輸入端口的第二端。

進(jìn)一步地，所述第一二極管的正極連接到所述整流電路輸入端口的第一端，所述第一二極管的負(fù)極連接到所述整流電路輸入端口的第二端，所述第二二極管的正極連接到所述整流電路輸出端口的第一端，所述第二二極管的負(fù)極連接到所述整流電路輸入端口的第一端，所述第三二極管的正極連接到所述整流電路輸入端口的第二端，所述第三二極管的負(fù)極連接到所述整流電路輸出端口的第二端。

進(jìn)一步地，所述第二二極管和第三二極管的特性相同。

進(jìn)一步地，所述第一諧振元件的類型與第二諧振元件以及第三諧振元件的類型不同；

所述第二諧振元件和第三諧振元件的類型相同。

進(jìn)一步地，所述第一諧振元件為線圈，所述第二諧振元件和所述第三諧振元件為電容。

進(jìn)一步地，所述第一諧振元件為電容，所述第二諧振元件和所述第三諧振元件為線圈。

進(jìn)一步地，所述第二諧振元件與所述第三諧振元件的參數(shù)被配置為使得所述諧振電路的對(duì)地共模電流最小化。

通過改進(jìn)傳統(tǒng)的半橋整流電路，在電流方向切換時(shí)使得所述諧振電路的輸出端口的第一端和第二端的電壓產(chǎn)生幅度基本相同，方向相反的跳變，諧振電路輸出端口的兩端點(diǎn)的跳變電壓也會(huì)同等的耦合到線圈的兩端。因此，諧振電路中線圈兩端電壓分布基本對(duì)稱，從而可以抑制總的對(duì)地共模電流。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無線電能接收電路的電路圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的無線電能接收電路中諧振電路的等效電路圖；

圖3是一個(gè)對(duì)比例的無線電能接收電路的電路圖；

圖4是一個(gè)對(duì)比例的無線電能接收電路中諧振電路的等效電路圖；

圖5是上述對(duì)比例的無線電能接收電路中線圈兩端電壓的仿真波形圖；

圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例的無線電能接收電路的電路圖；

圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例的無線電能接收電路中線圈兩端電壓的仿真波形圖；

圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例的無線電能接收電路中諧振電路的等效電路圖；

圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例的無線電能接收電路的電路圖；

圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例的無線電能接收電路中諧振電路的等效電路圖。

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)說明了具體的細(xì)節(jié)，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(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“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，在本說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、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3是一個(gè)對(duì)比例的無線電能接收電路的電路圖。圖4是一個(gè)對(duì)比例的無線電能接收電路中諧振電路的等效電路圖。圖5是上述對(duì)比例的無線電能接收電路中線圈兩端電壓的仿真波形圖。如圖3所示，在所述對(duì)比例的無線電能接收電路中，線圈ld、電容cd1和電容cd2串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)clc諧振補(bǔ)償電路，在工作頻率f0諧振。所以線圈ld、電容cd1和電容cd2滿足：

其中，ω0為工作頻率f0對(duì)應(yīng)的角頻率。由此，無線電能接收電路在工作頻率f0阻抗為零，從而能以較高的效率接收電能。

如圖4和圖3所示，當(dāng)諧振電路輸出端口的第一端(端點(diǎn)a)和第二端(端點(diǎn)b)的電壓值為0時(shí)。在圖4中，線圈ld的等效電路關(guān)于其中心對(duì)稱。因此，在線圈ld上的電壓分布也基本對(duì)稱。也即，vn＝-v0，vn-1＝-v1，……，以此類推。由此，在0點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

同時(shí)，在對(duì)應(yīng)的n點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

在c0與cn相等時(shí)，icm0＝-icmn。

由此，可以使得電流icm0和icmn形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。同理，電流icm1和icmn-1幅值相同，方向相反，自己形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。由此，使得一部分對(duì)地共模電流由線圈流向地，同時(shí)，另一部分對(duì)地共模電流由地流向線圈，整體的共模電流滿足：

icm＝icm0+icm1+…+icmn＝0

由此，形成多個(gè)閉合回路，使得減少流入地的共模電流，從而達(dá)到抑制對(duì)地共模電流的目的。

但是，在諧振電路1的輸出端口兩端點(diǎn)的電壓產(chǎn)生幅度不等的跳變時(shí)，兩端的跳變電壓也會(huì)耦合到線圈的兩端，則線圈上的電壓分布不對(duì)稱，從而增加線圈對(duì)地的共模電流。例如，在圖3中當(dāng)二極管d1導(dǎo)通時(shí)，端點(diǎn)b電壓為0，端點(diǎn)a電壓也為0。當(dāng)二極管d2導(dǎo)通時(shí)，端點(diǎn)b電壓為0，端點(diǎn)a電壓為vbus。所以，當(dāng)電流方向切換，二極管d1和二極管d2交替導(dǎo)通時(shí)，端點(diǎn)a呈現(xiàn)從0到vbus，vbus到0的交替電壓跳變。由于諧振電容兩端的電壓不能突變，d1和d2交替導(dǎo)通時(shí)，即使采用了clc諧振補(bǔ)償?shù)姆椒?，接收線圈ld一端(n點(diǎn))也會(huì)耦合δv＝vbus的電壓跳變，所以此時(shí)線圈ld上的電壓分布不對(duì)稱。導(dǎo)致線圈ld對(duì)地產(chǎn)生較大的共模電流。如圖5所示，相比較“0”端電壓，“n”端電壓有δv＝vbus的跳變，這個(gè)跳變電壓會(huì)對(duì)大地形成共模電流。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的無線電能接收電路的電路圖。如圖6所示，無線電能接收電路包括諧振電路1和整流電路2。諧振電路1適于響應(yīng)預(yù)定頻率的交變電磁場諧振。整流電路2適于將高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電。在本實(shí)施例中，整流電路2被配置為在電流方向切換時(shí)使得諧振電路1的輸出端口的第一端(端點(diǎn)a)和第二端(端點(diǎn)b)的電壓產(chǎn)生幅度基本相同，方向相反的跳變，以使諧振電路1對(duì)地共模電流最小化。

在一個(gè)可選的實(shí)現(xiàn)方式中，如圖6所示，所述諧振電路1包括：第一諧振元件(線圈ld)和分別設(shè)置于所述第一諧振元件(線圈ld)兩側(cè)的第二諧振元件(電容cd1)和第三諧振元件(電容cd2)。線圈ld、電容cd1和電容cd2組成clc諧振補(bǔ)償電路。在諧振電路1輸出端口的第一端(端點(diǎn)a)和第二端(端點(diǎn)b)的電壓產(chǎn)生幅度相同方向相反的跳變時(shí)，線圈ld上的電壓分布基本對(duì)稱。進(jìn)而使得一部分對(duì)地共模電流由線圈ld流向大地，同時(shí)，另一邊部分對(duì)地共模電流由大地流向線圈ld，從而相互抵消，抑制總的對(duì)地共模電流。

其中，電容cd1和電容cd2的電容值比例被配置為使得線圈ld的對(duì)地共模電流最小化。

在一個(gè)可選的實(shí)現(xiàn)方式中，如圖6所示，所述整流電路2包括第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3。

其中，第一二極管d1設(shè)置在整流電路2的輸入端口的第一端(端點(diǎn)a)和第二端(端點(diǎn)b)之間。

第二二極管d2設(shè)置在整流電路2的輸入端口的第一端(端點(diǎn)a)和輸出端口的第一端(c端點(diǎn))之間。

第三二極管d3設(shè)置在整流電路2的輸入端口的二端(端點(diǎn)b)和輸出端口的第二端(d端點(diǎn))之間。

在圖6中，所述第一二極管d1的正極連接到所述整流電路2輸入端口的第二端，所述第一二極管d1的負(fù)極連接到所述整流電路2輸入端口的第一端。所述第二二極管d2的正極連接到所述整流電路2輸入端口的第一端，所述第二二極管d2的負(fù)極連接到所述整流2電路輸出端口的第一端。所述第三二極管d3的正極連接到所述整流電路2輸出端口的第二端，所述第三二極管d3的負(fù)極連接到所述整流電路2輸入端口的第二端。

當(dāng)?shù)诙O管d2和第三二極管d3導(dǎo)通時(shí)，整流電路2的a端點(diǎn)電壓為vbus，b端點(diǎn)電壓為0。當(dāng)?shù)谝欢O管d1導(dǎo)通時(shí)，第二二極管d2和第三二極管d3反向阻斷，相當(dāng)于兩個(gè)具有相同電阻的大電阻，具有相同的壓降，所以此時(shí)第二二極管d2和第三二極管d3平均分擔(dān)vbus電壓。則此時(shí)端點(diǎn)a電壓為vbus/2，端點(diǎn)b電壓為vbus/2。所以端點(diǎn)a電壓呈現(xiàn)由vbus到vbus/2的電壓跳變(增加-vbus/2)。端點(diǎn)b呈現(xiàn)由0到vbus/2的電壓跳變(增加vbus/2)。端點(diǎn)a和端點(diǎn)b這兩個(gè)非線性跳變電壓會(huì)耦合到線圈ld的兩端。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例的無線電能接收電路中線圈兩端電壓的仿真波形圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例的無線電能接收電路中諧振電路的等效電路圖。如圖7和圖8所示，線圈ld的0端電壓和n端電壓都呈現(xiàn)δv＝vbus/2的電壓跳變，兩者的跳變幅度相同，方向相反。此時(shí)線圈ld的兩端電壓分布基本對(duì)稱。即在0點(diǎn)處的電壓與在n點(diǎn)處的電壓對(duì)稱，vn＝-v0，vn-1＝-v1，……，以此類推。由此，在0點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

同時(shí)，在對(duì)應(yīng)的n點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

在c0與cn相等時(shí)，icm0＝-icmn。

由此，可以使得電流icm0和icmn形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。同理，電流icm1和icmn-1幅值相同，方向相反，自己形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。由此，使得一部分對(duì)地共模電流由線圈流向地，同時(shí)，另一部分對(duì)地共模電流由地流向線圈，整體的共模電流滿足：

icm＝icm0+icm1+…+icmn＝0

由此，形成多個(gè)閉合回路，使得減少流入地的共模電流，從而達(dá)到抑制對(duì)地共模電流的目的。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在傳統(tǒng)的半橋整流電路中增加了一個(gè)二極管，實(shí)現(xiàn)線圈ld上的電壓分布均勻，理論上可以使得對(duì)地共模電流為零。電路簡單，便于實(shí)現(xiàn)。

由于，整流電路2是對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，整流電路2的連接關(guān)系也可以反過來，所述第一二極管d1的正極連接到所述整流電路輸入端口的第一端，所述第一二極管d1的負(fù)極連接到所述整流電路輸入端口的第二端，所述第三二極管d2的正極連接到所述整流電路輸出端口的第一端；所述第二二極管d2的負(fù)極連接到所述整流電路輸入端口的第一端，所述第三二極管d3的正極連接到所述整流電路輸入端口的第二端，所述第三二極管d3的負(fù)極連接到所述整流電路輸出端口的第二端。此時(shí)端點(diǎn)a和端點(diǎn)b與第一種連接方法的電壓變化相反，實(shí)現(xiàn)線圈ld對(duì)地共模電流最小化的過程一樣。

圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例的無線電能接收電路的電路圖。如圖9所示，無線電能接收電路包括諧振電路1和整流電路2。其中，整流電路2采用本發(fā)明第一實(shí)施例中無線電能接收電路的整流電路。諧振電路1包括電容cd(第一諧振元件)和分別設(shè)置于電容cd兩側(cè)的線圈ld1(第二諧振元件)和線圈ld2(第三諧振元件)。

在圖9中，電容cd、線圈ld1和線圈ld2串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)lcl諧振補(bǔ)償電路，在工作頻率f0諧振。所以電容cd、線圈ld1和線圈ld2滿足：

其中，ω0為工作頻率f0對(duì)應(yīng)的角頻率。由此，無線電能接收電路在工作頻率f0阻抗為零，從而能以較高的效率接收電能。

由本發(fā)明第一實(shí)施例中無線電能接收電路可知，改進(jìn)后的整流電路2可實(shí)現(xiàn)諧振電路1輸出端口的第一端(端點(diǎn)a)和第二端(端點(diǎn)b)的電壓在電流方向切換時(shí)產(chǎn)生跳變。其跳變幅度相同，方向相反。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線圈ld1和線圈ld2上的電壓分布對(duì)稱。

圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例的無線電能接收電路中諧振電路的等效電路圖。如圖10所示，由于線圈ld1和線圈ld2上的電壓分布對(duì)稱，也即，vn＝-v0，vn-1＝-v1，……，以此類推。由此，在0點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

同時(shí)，在對(duì)應(yīng)的n點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

在c0與cn相等時(shí)，icm0＝-icmn。

由此，可以使得電流icm0和icmn形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。同理，電流icm1和icmn-1幅值相同，方向相反，自己形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。由此，使得一部分對(duì)地共模電流由線圈流向地，同時(shí)，另一部分對(duì)地共模電流由地流向線圈，整體的共模電流滿足：

icm＝icm0+icm1+…+icmn＝0

由此，形成多個(gè)閉合回路，使得減少流入地的共模電流，從而達(dá)到抑制對(duì)地共模電流的目的。

本發(fā)明第二實(shí)施例提供了一種新的無線電能接收電路的連接方法，減少了電容元件的使用，并且達(dá)到很好的抑制線圈對(duì)地共模電流的效果。

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)施例所說明和所描述的特定元件。在沒有限制的情況下，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。