CN110034539B - 故障保护方法及其适用的无线电能传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于无线电能传输装置的故障保护方法，无线电能传输装置包含发射单元及接收单元，发射单元将输入直流电转换为逆变交流电，接收单元包含主功率线路及输出电容，故障保护方法包含步骤：首先，于无线电能传输装置开始运作时，若接收单元检测其自身处于异常状态，则将主功率线路短路，接着，检测逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，产生相位判断信号，以及检测逆变交流电流的幅值，并依据检测结果及预设电流阈值，产生过流判断信号，并藉此产生故障信号，以控制无线电能传输装置停止运作。

Description

故障保护方法及其适用的无线电能传输装置
技术领域
本发明涉及一种故障保护方法及其适用的无线电能传输装置，特别涉及一种在无线电能传输装置的接收单元处于异常状态时，对无线电能传输进行快速保护的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置。
背景技术
随着科技的不断发展与进步，无线电能传输技术得到了越来越多的关注和应用，尤其在某些特定应用环境下，无线电能传输技术与传统电缆供电方式相比，可提高供电的可靠性、便捷性、安全性以及自动化程度，而针对无线电能传输装置，能否在无线电能传输装置发生故障时进行快速保护，自然成为一门重要的课题。
由于对无线电能传输装置的保护需通过无线电能传输装置的发射单元的操作来实现，且无线电能传输装置的发射单元与接收单元相隔一定的物理距离，因此在接收单元发生故障时，现有故障保护方法便利用下列三种方式来对无线电能传输装置进行保护。第一种现有故障保护方法为无线电能传输装置的接收单元经由无线通信将故障信号传递至无线电能传输装置的发射单元，使发射单元依据故障信号进行调整，藉此保护无线电能传输装置。第二种现有故障保护方法为于无线电能传输装置的接收单元并联主动失谐电容阵，以于接收单元发生故障时输出对应的电容值使电路失谐，故发射单元便通过电压电流过零点的时差得知接收单元的故障，进而进行调整以保护无线电能传输装置。第三种现有故障保护方法为于接收单元额外设置电子元件，以于接收单元发生故障时使接收单元的绕组短路，从而使发射单元的绕组的电流增加，因此发射单元可通过检测到发射单元的绕阻的电流增加，而得知接收单元的故障，并进行调整以保护无线电能传输装置。
然而，上述第一种现有故障保护方法由于需经由无线通信传输故障信号，因此对无线电能传输装置进行保护的反应速度受限于无线通信的传输速度，故常因无线通信的延时而无法实时的对无线电能传输装置进行保护，此外在无线通信受到干扰时，更严重影响对无线电能传输装置的保护。而上述第二种现有故障保护方法仅适用于电压与电流某些特定的工作状态，不但有其局限性，且须搭配多组双向开关来使用，导致成本提高，且控制较为复杂不易。至于上述第三种现有故障保护方法则仅适用于接收单元的绕组短路后，发射单元的绕组的电流增加的工作状态，故第三种现有故障保护方法相似于第二种现有故障保护方法而皆无法适用于所有工作状态下的故障情形，同样具有局限性。
因此，如何发展一种可改善上述现有技术的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置，实为目前迫切的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种故障保护方法及其适用的无线电能传输装置，使得无线电能传输装置的接收单元发生故障时，无线电能传输装置处于任一工作状态，无线电能装置的发射端皆可通过检测得知故障的情形，并实现对无线电能传输装置的快速保护。
为达上述目的，本发明提供一种适用于无线电能传输装置的故障保护方法，无线电能传输装置包含发射单元及接收单元，发射单元接收输入直流电，且包含开关逆变电路，开关逆变电路将输入直流电转换为逆变交流电，逆变交流电包含逆变交流电压及逆变交流电流，接收单元包含主功率线路，故障保护方法包含步骤：
(a)于无线电能传输装置开始运作时，接收单元检测其自身是否处于异常状态，若检测结果为是，将接收单元的主功率线路短路；
(b)发射单元检测逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，以及逆变交流电流的幅值；
(c)根据逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，产生相位判断信号；
(d)根据逆变交流电流的幅值，结合预设电流阈值，产生过流判断信号；
(e)根据相位判断信号以及过流判断信号，产生故障信号；以及
(f)根据故障信号，控制无线电能传输装置停止运作。
为达上述目的，本发明另提供一种无线电能传输装置，包含：发射单元，接收输入直流电，且包含开关逆变电路，开关逆变电路将输入直流电转换为逆变交流电，逆变交流电包含逆变交流电压及逆变交流电流；接收单元，包含主功率线路；相位检测电路，电连接于开关逆变电路的输出端，用以检测逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，并产生相位判断信号；幅值检测电路，电连接于开关逆变电路的输出端，用以检测逆变交流电流的幅值，并依据逆变交流电流的幅值及预设电流阈值产生过流判断信号；以及故障保护模块，电连接于相位检测电路及幅值检测电路，以接收相位判断信号及过流判断信号，其中，于接收单元处于异常状态时，主功率线路短路，故障保护模块依据相位判断信号及过流判断信号产生故障信号，使无线电能传输装置依据故障信号停止运作。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图；
图2为图1所示无线电能传输装置中的主功率线路短路时，发射单元与接收单元的电路结构示意图；
图3A-3E及4A-4C为图1所示的接收单元的不同实施方式的电路结构示意图；
图5为本发明较佳实施例的无线电能传输装置的故障保护方法的流程图；
图6为图1所示的无线电能传输装置的变化例的电路结构示意图；
图7为图5所示的故障保护方法的变化例的流程图；
图8为图5所示的故障保护方法的另一变化例的流程图；以及
图9A及9B是采用图8所示的故障保护方法时，图1所示的无线电能传输装置中逆变交流电压、参考信号及过零检测信号的波形示意图。
附图标记说明：
1、6：无线电能传输装置
10：发射单元
11：开关逆变电路
12：发射电路
20：接收单元
21：主功率线路
22：接收电路
221：接收线圈
23、23a、23b：整流电路
30：幅值检测电路
31：相位检测电路
311：相位产生电路
312：相位判断电路
32：故障保护模块
S1：第一开关
S2：第二开关
S3：第三开关
S4：第四开关
S5：第五开关
S6：第六开关
S7、S8、S9、S10：双向开关
Cout：输出电容
Zshort：短路阻抗
S501～S506、S701、S702、S801～S803：故障保护方法的步骤
I1、I2、I3：过零检测信号
t1、t2：时刻
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本发明。
请参阅图1，其为本发明较佳实施例的无线电能传输装置的电路结构示意图。如图1所示，本实施例的无线电能传输装置1可分为发射端及接收端两部分，其中发射端接是将所接收的电能转换为交流电后送出，接收端则利用耦合方式接收发射端所传来的交流电，并进行后续的转换及滤波，以提供给负载使用，此外，无线电能传输装置1的发射端包含一发射单元10、一幅值检测电路30、一相位检测电路31及一故障保护模块32。无线电能传输装置1的接收端包含一接收单元20。
具体而言，发射单元10包含一开关逆变电路11，用来接收一输入直流电。开关逆变电路11是包含多个开关元件(未图示)，开关逆变电路11是利用开关元件的切换运作而将输入直流电转换为一逆变交流电，其中逆变交流电包含一逆变交流电压及一逆变交流电流。
接收单元20是以耦合方式接收发射单元10所传送的逆变交流电并进行对应的处理。接收单元20包含一主功率线路21。其中主功率线路21是以耦合方式接收发射单元10所传送的逆变交流电，并对逆变交流电进行整流。
于一些实施例中，发射单元10还包含一发射电路12，其电连接于开关逆变电路11的输出端。接收单元20的主功率线路21则还包含与发射电路12相对应的一接收电路22。其中发射电路12与接收电路22可利用耦合方式进行无线电能传输，而耦合方式可为电磁耦合或共振形式，但不限于此。
幅值检测电路30电连接于开关逆变电路11的输出端，用以检测开关逆变电路11所输出的逆变交流电流的幅值，并依据逆变交流电流的幅值及一预设电流阈值产生一过流判断信号。于此实施例中，幅值检测电路30对逆变交流电流的幅值及预设电流阈值进行比较，且于逆变交流电流的幅值大于预设电流阈值时，幅值检测电路30产生高电平的过流判断信号。对应地，于逆变交流电流的幅值小于预设电流阈值时，幅值检测电路30产生低电平的过流判断信号。
相位检测电路31电连接于开关逆变电路11的输出端，用以检测开关逆变电路11所输出的逆变交流电中的逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，并产生相位判断信号。其中，相位判断信号表示逆变交流电流的相位是否超前于逆变交流电压的相位，或者逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位是否大于90度。举例而言，相位检测电路31经由比较得知逆变交流电压的相位与逆变交流电流的相位的相互关系。逆变交流电流的相位超前于逆变交流电压的相位，或逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位大于90度时，相位检测电路31产生高电平的相位判断信号；逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位小于90度时，相位检测电路31产生低电平的相位判断信号，但不限于此。
故障保护模块32电连接于幅值检测电路30及相位检测电路31，以接收来自相位检测电路31的相位判断信号及来自幅值检测电路30的过流判断信号，并对相位判断信号及过流判断信号进行逻辑或(OR)处理，以于相位判断信号及过流判断信号中任一信号为高电平时，产生一故障信号，使无线电能传输装置1依据故障信号停止运作。
其中，接收单元20是设计为当处于一异常状态时，可使主功率线路21短路，在此情况下，如图2所示，发射电路12及接收单元20可视为阻抗为Zshort的一短路网络。开关逆变电路11所输出的逆变交流电压改为施加于短路网络上，导致逆变交流电流的幅值和/或相位产生变化。因此，无线电能传输装置1的发射端可通过检测逆变交流电流的幅值，以及逆变交流电流与逆变交流电压之间的相位关系，来判断接收单元20是否处于异常状态。其中，异常状态可为接收单元20的输出电压超出一设定值，或是接收单元20发生故障短路，但不限于此。
此外，于无线电能传输装置1的接收单元20处于异常状态时，在无线电能传输装置1的不同工作状态下，逆变交流电流的幅值，或逆变交流电流与逆变交流电压之间的相位关系亦不相同。以下将利用逆变开关电路11的一开关频率与短路网络的一谐振频率的相互关系，对无线电能传输装置1的工作状态进行区分，并说明相应的逆变交流电流的幅值，或逆变交流电流与逆变交流电压之间的相位关系：
在开关频率小于谐振频率时，会出现逆变交流电流的相位超前于逆变交流电压的相位的情况；
在开关频率约等于谐振频率时，逆变交流电流的幅值迅速增加；
在开关频率大于谐振频率时，会出现逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位大于90度的情况。
由此可知，于接收单元20处于一异常状态时，无论处于何种工作状态，相位判断信号及过流判断信号中至少一信号为高电平，故障保护模块32均可依据相位判断信号及过流判断信号，得知接收单元20处于异常状态，并产生故障信号而使无线电能传输装置1依据故障信号停止运作，藉此实现对无线电能传输装置1的快速保护。
于一些实施例中，如图1所示，接收单元20的主功率线路21还包含电连接于接收电路22的一整流电路23。整流电路23可为全波整流结构或全桥整流结构，其是用以对主功率线路21所接收的逆变交流电进行整流，并于接收单元20处于异常状态时，使主功率线路21短路。
请参阅图3A，并搭配图1。其中图3A为图1所示的接收单元的一较佳实施方式的细节电路结构示意图。如图3A所示，整流电路23a包含一第一开关S1及一第二开关S2，且第一开关S1及第二开关S2可构成一全波整流电路。第一开关S1的第一端电连接于接收电路22的第一端，第一开关S1的第二端电连接于第二开关S2的第二端及输出电容Cout的第二端，第二开关S2的第一端电连接于接收电路22的第三端，输出电容Cout的第一端电连接于接收电路22的第二端。因此，于接收单元20处于异常状态时，整流电路23a控制第一开关S1或第二开关S2导通，以在输出电容Cout不短路的情况下，使主功率线路21短路。
除了通过整流电路23a的开关(S1、S2)来控制主功率线路21短路，亦可设置双向开关，并通过控制双向开关导通，使主功率线路21短路。于一些实施例中，主功率线路21还包含一双向开关S7，分别如图3B、3C及3D所示，双向开关S7是电连接于接收电路22的第一端及第二端之间、接收电路22的第二端及第三端之间或接收电路22的第一端及第三端之间，换言之，双向开关S7是电连接于接收电路22的任意两端之间。因此，于接收单元20处于异常状态时，主功率线路21可控制双向开关S7导通，以在输出电容Cout不短路的情况下，使主功率线路21短路。于一些实施例中，如图3E所示，接收电路22包含一接收线圈221及一双向开关S8，双向开关S8是电连接于接收线圈221的两端之间，因此，于接收单元20处于异常状态时，接收电路22可控制双向开关S8导通，以在输出电容Cout不短路的情况下，使主功率线路21短路。
请参阅图4A，并搭配图1。其中图4A为图1所示的接收单元的另一较佳实施方式的细节电路结构示意图。如图4A所示，整流电路23b包含一第三开关S3、一第四开关S4、一第五开关S5及一第六开关S6，且第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5及第六开关S6可构成一全桥整流电路。第三开关S3与第五开关S5串联连接而构成第一桥臂，且第三开关S3与第五开关S5分别电连接于输出电容Cout的两端。第四开关S4与第六开关S6串联连接而构成第二桥臂，且第四开关S4与第六开关S6分别电连接于输出电容Cout的两端。接收电路22的第一端电连接于第三开关S3与第五开关S5串联连接的共同节点，接收电路22的第二端电连接于第四开关S4与第六开关S6串联连接的共同节点。因此，于接收单元20处于异常状态时，整流电路23b控制第三开关S3及第四开关S4导通，或控制第五开关S5及第六开关S6导通，使主功率线路21短路。
除了通过整流电路23b的开关(S3、S4、S5、S6)来控制主功率线路21短路，亦可设置双向开关，并通过控制双向开关导通，使主功率线路21短路。于一些实施例中，如图4B所示，主功率线路21还包含一双向开关S9，双向开关S9是电连接于接收电路22的第一端与第二端之间。因此，于接收单元20处于异常状态时，主功率线路21可控制双向开关S9导通，以在输出电容Cout不短路的情况下，使主功率线路21短路。于一些实施例中，如图4C所示，接收电路22包含一接收线圈221及一双向开关S10，双向开关S10是电连接于接收线圈221的两端之间，因此，于接收单元20处于异常状态时，接收电路22可控制双向开关S10导通，以在输出电容Cout不短路的情况下，使主功率线路21短路。
请参阅图5，并配合图1。其中图5为本发明较佳实施例的无线电能传输装置的故障保护方法的流程图。本发明较佳实施例的故障保护方法是适用于图1所示的无线电能传输装置1，并包含下列步骤：
首先，于无线电能传输装置1开始运作时，接收单元20检测其自身是否处于异常状态，若检测结果为是，将接收单元20的主功率线路21短路(如步骤S501所示)。
接着，发射单元10检测逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，以及逆变交流电流的幅值(如步骤S502所示)。
接着，根据逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，产生相位判断信号(如步骤S503所示)。其中，相位判断信号表示逆变交流电流的相位是否超前于逆变交流电压的相位，或者逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位是否大于90度。举例而言，经由比较得知逆变交流电压的相位与逆变交流电流的相位的相互关系。逆变交流电流的相位超前于逆变交流电压的相位，或逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位大于90度时，产生高电平的相位判断信号；逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位小于90度时，产生低电平的相位判断信号，但不限于此。
然后，根据逆变交流电流的幅值，结合预设电流阈值，产生过流判断信号(如步骤S504所示)。于步骤S504中，是比较逆变交流电流的幅值及预设电流阈值，在逆变交流电流的幅值大于预设电流阈值时，产生高电平的过流判断信号，在逆变交流电流的幅值小于预设电流阈值时，产生低电平的过流判断信号。
接着，根据相位判断信号及过流判断信号，产生故障信号(如步骤S505所示)。于步骤S505中，是对相位判断信号及过流判断信号进行逻辑或(OR)处理，以于相位判断信号及过流判断信号中，任一信号为高电平时，产生故障信号。
最后，根据故障信号，控制无线电能传输装置1停止运作(如步骤S506所示)。如此一来，在接收单元20处于异常状态时，便可实现对无线电能传输装置1的快速保护。
于上述实施例中，执行步骤S502后，可以任意顺序执行步骤S503及S504，并于步骤S503及S504皆执行过后，才执行步骤S505。
由上可知，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置于接收单元20处于异常状态时，使接收单元20的主功率线路21短路，从而于无线电能传输装置1的发射端，通过检测逆变交流电流的幅值，及逆变交流电流与逆变交流电压之间的相位关系，得知接收单元20的异常状态，并产生故障信号使无线电能传输装置1停止运作，因此，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置可直接于无线电能传输装置1的发射端，通过检测得知接收单元20的异常状态，并使无线电能传输装置1停止运作实现保护，而无须通过接收单元20传输信号以告知发射单元10其异常状态，故不受限于信号的传输速度及稳定性，可实现对无线电能传输装置1的快速保护。再者，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置在接收单元20处于异常状态时，发射端根据相位判断信号及过流判断信号产生故障信号，如此一来，无论处于异常状态的无线电能传输装置1为何种工作状态，均可实现对无线电能传输装置1的保护，因此，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置在所有工作状态下，皆可对无线电能传输装置1进行保护，泛用性高。
请参阅图6，其为图1所示的无线电能传输装置的变化例的电路结构示意图。于此变化例中，无线电能传输装置6与图1所示的无线电能传输装置1的部分结构是相似，故仅以相同符号标示来代表电路的结构相似而不再赘述。而与图1所示的无线电能传输装置1相比，此变化例的无线电能传输装置6的相位检测电路31还包含相位产生电路311及相位判断电路312。
详细而言，相位判断电路312电性耦接至相位产生电路311的输出端。相位产生电路311根据逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，产生第一判断信号及第二判断信号。相位判断电路312根据第一判断信号及第二判断信号，产生相位判断信号。其中，第一判断信号表示逆变交流电流的相位是否超前于逆变交流电压的相位，第二判断信号表示逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位是否大于90度。举例而言，相位产生电路311经由比较得知逆变交流电压的相位超前或滞后于逆变交流电流的相位。逆变交流电流的相位超前于逆变交流电压的相位时，相位产生电路311产生高电平的第一判断信号以及低电平的第二判断信号；逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位大于90度时，相位产生电路311产生低电平的第一判断信号以及高电平的第二判断信号；逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位小于90度时，相位产生电路311产生低电平的第一判断信号以及低电平的第二判断信号。对应地，在第一判断信号或第二判断信号为高电平时，相位判断电路312产生高电平的相位判断信号，在第一判断信号及第二判断信号皆为低电平时，相位判断电路312产生低电平的相位判断信号。
请参阅图7，并搭配图5及图6。其中图7为图5所示的故障保护方法的变化例的流程图，且图7所示的故障保护方法适用于图6所示的无线电能传输装置6。于此变化例中，故障保护方法与图5所示的故障保护方法的部分步骤是相似，故仅以相同符号标示来代表步骤相似而不再赘述。而与图5所示的故障保护方法相比，此变化例的故障保护方法中的步骤S503还包含下列子步骤：
首先，根据逆变交流电压与逆变交流电流之间的相位关系，产生第一判断信号及第二判断信号(如步骤S701所示)。举例而言，逆变交流电流的相位超前于逆变交流电压的相位时，产生高电平的第一判断信号以及低电平的第二判断信号；逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位大于90度时，产生低电平的第一判断信号以及高电平的第二判断信号；逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位小于90度时，产生低电平的第一判断信号以及低电平的第二判断信号。
接着，根据第一判断信号及第二判断信号，产生相位判断信号(如步骤S702所示)。举例而言，在第一判断信号或第二判断信号为高电平时，产生高电平的相位判断信号，在第一判断信号及第二判断信号皆为低电平时，产生低电平的相位判断信号。
请参阅图8，并搭配图5。其中图8为图5所示的故障保护方法的另一变化例的流程图。于此变化例中，故障保护方法与图5所示的故障保护方法的部分步骤是相似，故仅以相同符号标示来代表步骤相似而不再赘述。而与图5所示的故障保护方法相比，此变化例的故障保护方法中的步骤S503还包含下列子步骤：
首先，将逆变交流电流的波形进行过零检测，以产生与逆变交流电流的波形同相，且为方波的一过零检测信号(如步骤S801所示)。
接着，产生一参考信号，其中参考信号的第一边沿滞后于该逆变交流电压的上升沿90度，参考信号的第二边沿与逆变交流电压的下降沿同相(如步骤S802所示)。于一些实施例中，参考信号是依据用以驱动开关逆变电路11内的多个开关元件的的一驱动信号而产生。
最后，在参考信号的第一边沿至第二边沿的时间期间内，判断过零检测信号是否出现两种不同的电平状态，并依据判断结果产生相位判断信号(如步骤S803所示)。于步骤S803中，当判断结果为否时，产生低电平的相位判断信号，当判断结果为是时，产生高电平的相位判断信号，并可根据相位判断信号确定无线电能传输装置6的接收单元20发生故障。
请参阅图9A及9B，并搭配图1及图8。其中图9A及9B为采用图8所示的故障保护方法时，图1所示的无线电能传输装置中逆变交流电压、参考信号及过零检测信号的波形示意图。首先，参考信号的设定为参考信号的第一边沿滞后于逆变交流电压的上升沿90度，参考信号的第二边沿与逆变交流电压的下降沿同相，时刻t1到t2的时间为参考信号的第一边沿至第二边沿的持续时间。于无线电能传输装置1处于正常状态时，逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位小于90度，以I1表示此时的过零检测信号，在时刻t1到t2的时间内，过零检测信号I1仅出现一种电平状态，且与参考信号相同。于无线电能传输装置1的接收单元20处于异常状态时，逆变交流电流与逆变交流电压之间的相位关系可能为逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位大于90度，或逆变交流电流的相位超前逆变交流电压的相位，是以I2表示逆变交流电流的相位滞后于逆变交流电压的相位大于90度时的过零检测信号，而以I3表示逆变交流电流的相位超前逆变交流电压的相位时的过零检测信号，且在时刻t1到t2的时间内，过零检测信号I2及I3均出现两种不同的电平状态，即过零检测信号I2及I3均有部分波形与参考信号相异。由此可知，在时刻t1到t2的时间内，若无线电能传输装置1处于正常状态，则对应的过零检测信号I1与参考信号相同，仅出现一种电平状态，若无线电能传输装置1的接收单元20处于异常状态，则对应的过零检测信号I2或I3与参考信号存在相异的状态，即过零检测信号I2或I3在时刻t1到t2的时间内出现两种不同的电平状态。因此，通过在时刻t1到t2的时间内，即参考信号的第一边沿至第二边沿的时间期间内，判断过零检测信号是否出现两种不同的电平状态，即判断过零检测信号与参考信号相同或相异，便可得知无线电能传输装置1处于正常状态，抑或是无线电能传输装置1的接收单元20处于异常状态。
于一些实施例中，如图9A所示，参考信号的第一边沿为上升沿，参考信号的第二边沿为下降沿，在参考信号的第一边沿至第二边沿的时间期间内，实时刻t1到t2的时间内，参考信号为高电平。对应地，在时刻t1到t2的时间内，过零检测信号I1为高电平，与参考信号相同，过零检测信号I2及I3均出现高电平与低电平两种不同的电平状态，存在与参考信号相异的时刻。反之，于一些实施例中，如图9B所示，参考信号的第一边沿为下降沿，参考信号的第二边沿为上升沿，在参考信号的第一边沿至第二边沿的时间期间内，实时刻t1到t2的时间内，参考信号为低电平。对应地，在时刻t1到t2的时间内，过零检测信号I1为低电平，与参考信号相同，过零检测信号I2及I3均出现高电平与低电平两种不同的电平状态，存在与参考信号相异的时刻。
综上所述，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置于接收单元处于异常状态时，使接收单元的主功率线路短路，从而于无线电能传输装置的发射端，通过检测逆变交流电流的幅值及逆变交流电流与逆变交流电压之间的相位关系，得知接收单元的异常状态，并产生故障信号使无线电能传输装置停止运作，因此，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置无须通过接收单元传输无线信号告知发射单元其异常状态，而使发射单元进行保护无线电能传输装置的动作，故不受限于无线信号的传输速度及稳定性，可实现对无线电能传输装置的快速保护。再者，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置在接收单元处于异常状态时，根据相位判断信号及过流判断信号产生故障信号，无论无线电能传输装置处于何种工作状态，均可实现对无线电能传输装置的保护，因此，本发明的故障保护方法及其适用的无线电能传输装置在所有工作状态下，皆可对无线电能传输装置进行保护，泛用性高。
须注意，上述仅是为说明本发明而提出的较佳实施例，本发明不限于所述的实施例，本发明的范围由如附权利要求决定。且本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (13)

1.一种适用于无线电能传输装置的故障保护方法，该无线电能传输装置包含一发射单元及一接收单元，该发射单元接收一输入直流电，且包含一开关逆变电路，该开关逆变电路将该输入直流电转换为一逆变交流电，该逆变交流电包含一逆变交流电压及一逆变交流电流，该接收单元包含一主功率线路，该发射单元还包含电连接于该开关逆变电路的输出端的一发射电路，该主功率线路包含与该发射电路相对应的一接收电路，该主功率线路的输出端电连接于一输出电容，该主功率线路还包含连接于该接收电路的一整流电路，该整流电路为一全波整流电路，该全波整流电路包含一第一开关及一第二开关，该第一开关的第一端电连接于该接收电路的第一端，该第一开关的第二端电连接于该第二开关的第二端及该输出电容的第二端，该第二开关的第一端电连接于该接收电路的第三端，该输出电容的第一端电连接于该接收电路的第二端，
该故障保护方法包含以下步骤：
步骤(a)：于该无线电能传输装置开始运作时，该接收单元检测其自身是否处于一异常状态，若检测结果为是，将该接收单元的该主功率线路短路；
步骤(b)：该发射单元检测该逆变交流电压与该逆变交流电流之间的相位关系，以及该逆变交流电流的幅值；
步骤(c)：根据该逆变交流电压与该逆变交流电流之间的相位关系，产生一相位判断信号；
步骤(d)：根据该逆变交流电流的幅值，结合一预设电流阈值，产生一过流判断信号；
步骤(e)：根据该相位判断信号以及该过流判断信号，产生一故障信号；以及
步骤(f)：根据该故障信号，控制该无线电能传输装置停止运作。
2.如权利要求1所述的故障保护方法，其中于该步骤(e)中，对该相位判断信号及该过流判断信号进行逻辑或(OR)处理，以产生该故障信号。
3.如权利要求1或2所述的故障保护方法，其中于该步骤(c)中，根据该逆变交流电压与该逆变交流电流之间的相位关系，产生一第一判断信号及一第二判断信号，再根据该第一判断信号及该第二判断信号产生该相位判断信号，其中，该第一判断信号表示该逆变交流电流的相位是否超前于该逆变交流电压的相位，该第二判断信号表示该逆变交流电流的相位滞后于该逆变交流电压的相位是否大于90度。
4.如权利要求1所述的故障保护方法，其中于该步骤(a)中，是控制该第一开关导通或控制该第二开关导通，以控制该主功率线路短路。
5.如权利要求1所述的故障保护方法，其中该主功率线路还包含一双向开关，该双向开关系电连接于该接收电路的任意两端之间，于该步骤(a)中，是控制该双向开关导通，以控制该主功率线路短路。
6.如权利要求1所述的故障保护方法，其中该接收电路包含一双向开关及一接收线圈，该双向开关系电连接于该接收线圈的两端之间，于该步骤(a)中，是控制该双向开关导通，以控制该主功率线路短路。
7.如权利要求1所述的故障保护方法，其中于该步骤(c)中，还包含以下步骤：
步骤(c1)：将该逆变交流电流的波形进行过零检测，以产生与该逆变交流电流的波形同相，且为方波的一过零检测信号；
步骤(c2)：产生一参考信号，其中该参考信号的一第一边沿滞后于该逆变交流电压的上升沿90度，该参考信号的一第二边沿与该逆变交流电压的下降沿同相；以及
步骤(c3)：在该参考信号的第一边沿至第二边沿的时间期间内，判断该过零检测信号是否出现两种不同的电平状态，并依据判断结果产生该相位判断信号，
其中，当该步骤(c3)的判断结果为是时，根据该相位判断信号确定该无线电能传输装置的该接收单元发生故障。
8.如权利要求7所述的故障保护方法，其中于该步骤(c2)中，该参考信号是依据用以驱动该开关逆变电路的一驱动信号而产生。
9.一种无线电能传输装置，包含：
一发射单元，接收一输入直流电，且包含一开关逆变电路，该开关逆变电路将该输入直流电转换为一逆变交流电，该逆变交流电包含一逆变交流电压及一逆变交流电流；
一接收单元，包含一主功率线路；
一相位检测电路，电连接于该开关逆变电路的输出端，用以检测该逆变交流电压与该逆变交流电流之间的相位关系，并产生一相位判断信号；
一幅值检测电路，电连接于该开关逆变电路的输出端，用以检测该逆变交流电流的幅值，并依据该逆变交流电流的幅值及一预设电流阈值产生一过流判断信号；以及
一故障保护模块，电连接于该相位检测电路及该幅值检测电路，以接收该相位判断信号及该过流判断信号，
其中，于该接收单元处于一异常状态时，该主功率线路短路，该故障保护模块依据该相位判断信号及该过流判断信号产生一故障信号，使该无线电能传输装置依据该故障信号停止运作，
其中，该发射单元还包含电连接于该开关逆变电路的输出端的一发射电路，该主功率线路包含与该发射电路相对应的一接收电路，该主功率线路的输出端电连接于一输出电容，该主功率线路还包含连接于该接收电路的一整流电路，该整流电路为一全波整流电路，该全波整流电路包含一第一开关及一第二开关，其中，该第一开关的第一端电连接于该接收电路的第一端，该第一开关的第二端电连接于该第二开关的第二端及该输出电容的第二端，该第二开关的第一端电连接于该接收电路的第三端，该输出电容的第一端电连接于该接收电路的第二端。
10.如权利要求9所述的无线电能传输装置，其中该相位检测电路包含一相位产生电路及一相位判断电路，其中，该相位产生电路根据该逆变交流电压与该逆变交流电流之间的相位关系，产生一第一判断信号及一第二判断信号，该相位判断电路用于接收该第一判断信号及该第二判断信号，并产生该相位判断信号，其中，该第一判断信号表示该逆变交流电流的相位是否超前于该逆变交流电压的相位，该第二判断信号表示该逆变交流电流的相位滞后于该逆变交流电压的相位是否大于90度。
11.如权利要求9所述的无线电能传输装置，其中该全波整流电路控制该第一开关导通或控制该第二开关导通，使该主功率线路短路。
12.如权利要求9所述的无线电能传输装置，其中该主功率线路还包含一双向开关，该双向开关系电连接于该接收电路的任意两端之间，该主功率线路是控制该双向开关导通，使该主功率线路短路。
13.如权利要求9所述的无线电能传输装置，其中该接收电路包含一双向开关及一接收线圈，该双向开关系电连接于该接收线圈的两端之间，该接收电路是控制该双向开关导通，使该主功率线路短路。
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