[发明专利]双稳态原边恒流磁感应耦合无线充电装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种双稳态原边恒流磁感应耦合无线充电装置及其使用方法，双稳态原边恒流磁感应耦合无线充电装置由发射端和接收端组成，发射端用于提供交流恒流电流；接收端用于接收感应发射端的交流恒流电流，并将交流恒流电流整流得到直流充电电流。本发明在实现恒流无线充电的同时完成了定时翻转即振荡，省去了独立的振荡器环节，并具有天然的短路限流保护功能，简化了原边驱动和保护电路的结构。

技术领域

本发明属于无线充电和功率电子技术领域，涉及一种双稳态原边恒流磁感应耦合无线充电装置及其使用方法。

背景技术

近年来随着无线供电技术的迅速发展，促生了许多无线充电的应用，例如：手机平板电脑等消费电子类产品的充电、医疗设备的无线充电、智能穿戴的设备的充电。在各种无线供电方式中，磁感应耦合无线供电(Inductive Coupled Power Transmission,ICPT)技术由于其具有非辐射特性、电气隔离、能跨过非金属介质等优点，在短距离和小功率电子设备的无线充电中应用尤为广泛。磁感应耦合无线供电的原理，是利用交变电压驱动发射线圈，其激发的磁力线跨越空气间隙耦合至副边的接收线圈，感应电压经过整流稳压后供后续设备充电使用。

电磁感应的物理原理是交变电磁场在线圈中产生感应电压，这决定了接收线圈是电压输出型，但给电池充电的过程往往需要恒流模式。所以，绝大多数的无线充电器需要在接收端引入额外的稳压和充电管理电路。其中发射端部分通过振荡器和斩波电路将直流电源变换为数十至数百kHz的交流电，驱动发射线圈并将部分磁力线耦合至接收端的接收线圈；接收端一般包含三级：第一级是整流滤波电路，将接收线圈感应的交流电压变回直流电源；第二级是稳压电路，应对线圈位置变化引起的电压波动，为后续充电管理提供稳定的电源；第三级是充电管理电路，将直流电压源变为恒流源对电池充电，同时对电池电压进行监控，一旦达到终止电压后停止充电过程。这一类基于ICPT技术的无线充电器的发射端结构较为简单，但接收端相对复杂。近年来随着技术的发展，虽然许多公司推出了集成化单芯片无线供电方案，例如TI公司的BQ5105x系列单芯片无线充电管理IC，将整个接收和充电部分集成在一起，但内部组成仍然明显地包含上述三级结构。该类方案存在几方面的问题难以解决：

(1)从接收线圈到电池之间，先后经过了整流、稳压、恒流三级变换，转换效率损失较大，即使每一级都达到90％以上的效率，三级串联后整体效率仍会降至70％左右；

(2)由于接收端的全部电路和电池往往都封装在狭小空间内，散热条件较差；三级转换的损耗引起的发热温升还进一步限制了大功率的充电应用，目前TI、东芝公司最大功率的无线充电IC都仅能支持10-15W传输功率；

(3)大部分无线供电系统的收发线圈都是松耦合结构，传统方案中因为漏感引入的复感抗串联在接收回路中，充电过程中负载电流变化会引起输出电压较大范围的跌落，这对稳压器提出了较高的设计要求，同时导致对供电电压、斩波频率、线圈圈数等参数的适应范围很窄。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种双稳态原边恒流磁感应耦合无线充电装置及其使用方法，解决了现有技术中无线充电装置转换效率低、散热条件差以及参数适应范围窄的问题。

本发明所采用的技术方案是，双稳态原边恒流磁感应耦合无线充电装置，其特征在于，包括发射端和接收端；

所述发射端用于提供交流恒流电流；

所述接收端用于接收感应发射端的交流恒流电流，并将交流恒流电流整流得到直流恒流充电电流。

进一步的，所述发射端包括发射线圈、电流取样器、H桥斩波电路、正门限电压源、负门限电压源、比较器一、比较器二和双稳态触发器；

所述H桥斩波电路用于给发射线圈施加正极性或负极性的激励电压，H桥斩波电路的控制端与双稳态触发器的输出Q端相连接，H桥斩波电路的供电端连接电源；