TWI580148B - 諧振型非接觸供電裝置、積體電路和恆壓控制方法 - Google Patents

Description

諧振型非接觸供電裝置、積體電路和恆壓控制方法

本發明係有關電力電子技術，具體係有關諧振型非接觸供電裝置、積體電路和恆壓控制方法。

非接觸供電技術基於其方便實用的特點而廣泛應用於電子產品領域，尤其是小功率電子產品行業如行動電話、MP3播放機、數位照相機、可擕式電腦等。現有技術的諧振型非接觸供電裝置通常包含有一個由發射線圈L1和接收線圈L2構成的諧振與磁耦合電路，發射線圈L1與電能發射端的其它元件構成發射側諧振電路，接收線圈L2與電能接收端的其它元件構成接收側諧振電路。透過將發射側諧振電路和接收側諧振電路的諧振頻率設置為相同，可以使得發射側諧振電路諧振時，透過電磁場與發射側諧振電路耦合的接收側諧振電路也發生諧振，由此實現以非接觸的方式傳輸電能。該諧振頻率被稱為自感諧振頻率。

在工作在自感諧振頻率下時，現有的諧振型非接觸供電裝置對負載輸出一個相對恆定的電流，其等效於一個電流源，因此，諧振型非接觸供電裝置的輸出不能應用於需 要恆定電壓的負載。

有鑑於此，提供一種諧振型非接觸供電裝置、積體電路和恆壓控制方法，使得其可以輸出相對恆定的電壓，以使得諧振型非接觸供電裝置可以直接連接需要恆定電壓的負載。

第一方面，提供一種諧振型非接觸供電裝置，包括：電壓轉換器，接收電能，輸出具有自感諧振頻率的交流電；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於從所述電壓轉換器接收所述交流電；接收側諧振電路，包括接收線圈，所述接收線圈與所述發射線圈分離地以非接觸方式耦合，所述接收側諧振電路用於從所述發射線圈接收電能；整流電路，與所述接收側諧振電路連接；輸出電容，並聯連接在所述整流電路的輸出埠；狀態切換電路，在第一狀態下保持所述接收側諧振電路對所述整流電路輸出交流電，在第二狀態下使得所述整流電路的輸入埠接地；控制電路，控制所述狀態切換電路在第一狀態和第二狀態間切換，以使得所述整流電路的輸出電壓保持恆定。

較佳地，所述狀態切換電路包括：第一開關，連接在所述整流電路的輸入埠的第一端和 接地端之間；第二開關，連接在所述整流電路的輸入埠的第二端和接地端之間；所述控制電路用於根據回饋電壓輸出開關控制信號控制所述第一開關和第二開關同時導通和關斷，所述回饋電壓與所述整流電路的輸出電壓成比例。

較佳地，所述控制電路在所述回饋電壓增大時增大每個週期內所述第一開關和第二開關的導通時間，以減小電路處於第一狀態的時間，在所述回饋電壓減小時減小每個週期內所述第一開關和第二開關的導通時間，以增大電路處於第一狀態的時間。

較佳地，所述控制電路包括：誤差放大電路，輸入所述回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號；比較器，用於比較所述誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；驅動電路，用於根據所述脈寬調變信號輸出開關控制信號，控制所述第一開關和所述第二開關。

較佳地，所述發射線圈和所述接收線圈被配置為在以預定的耦合度耦合且工作在所述自感諧振頻率下時，所述發射線圈和所述接收線圈的互感感抗等於額定負載工作在第一狀態時的等效負載阻抗。

第二方面，提供一種諧振型非接觸供電裝置，包括：電壓轉換器，在第一狀態下接收電能輸出具有自感諧 振頻率的交流電，在第二狀態下停止工作；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於從所述電壓轉換器接收所述交流電；接收側諧振電路，包括接收線圈，所述接收線圈與所述發射線圈分離地以非接觸方式耦合，所述接收側諧振電路用於從所述發射線圈接收電能；整流電路，與所述接收側諧振電路連接；輸出電容，並聯連接在所述整流電路的輸出埠；控制電路，控制所述電壓轉換電路在第一狀態和第二狀態間切換，以使得所述整流電路的輸出電壓保持恆定。

較佳地，所述控制電路根據回饋電壓控制所述電壓轉換電路在第一狀態和第二狀態間切換，在所述回饋電壓增大時減小每個週期內所述電壓轉換電路處於第一狀態的時間，在所述回饋電壓減小時增大每個週期內所述電壓轉換電路處於第一狀態的時間。

較佳地，所述控制電路包括：誤差放大電路，輸入回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號，所述回饋電壓與所述整流電路的輸出電壓成比例；比較器，用於比較所述誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；電壓轉換控制器，根據所述脈寬調變信號在第一狀態和第二狀態間切換，在第一狀態下輸出具有自感諧振頻率的電壓轉換控制信號，在第二狀態下輸出使所述電壓轉換 器停止工作的電壓轉換控制信號。

較佳地，所述發射線圈和所述接收線圈被配置為在以預定的耦合度耦合且工作在所述自感諧振頻率下時，所述發射線圈和所述接收線圈的互感感抗等於額定負載工作在第一狀態時的等效負載阻抗。

協力廠商面，提供一種積體電路，用於諧振型非接觸供電裝置，包括：整流電路；狀態切換電路，在第一狀態下保持所述接收側諧振電路對所述整流電路輸出交流電，在第二狀態下使得所述整流電路的輸入埠接地；控制電路，控制所述狀態切換電路在第一狀態和第二狀態間切換，以使得所述整流電路的輸出電壓保持恆定。

較佳地，所述狀態切換電路包括：第一開關，連接在所述整流電路的輸入埠的第一端和接地端之間；第二開關，連接在所述整流電路的輸入埠的第二端和接地端之間；所述控制電路用於根據回饋電壓輸出開關控制信號控制所述第一開關和第二開關同時導通和關斷，所述回饋電壓與所述整流電路的輸出電壓成比例。

較佳地，所述控制電路在所述回饋電壓增大時增大每個週期內所述第一開關和第二開關的導通時間，以減小電路處於第一狀態的時間，在所述回饋電壓減小時減小每個 週期內所述第一開關和第二開關的導通時間，以增大電路處於第一狀態的時間。

較佳地，所述控制電路包括：誤差放大電路，輸入所述回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號；比較器，用於比較所述誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；驅動電路，用於根據所述脈寬調變信號輸出開關控制信號，控制所述第一開關和所述第二開關。第四方面，一種積體電路，用於諧振型非接觸供電裝置，包括：電壓轉換器，在第一狀態下接收電能輸出具有自感諧振頻率的交流電，在第二狀態下停止工作；控制電路，控制所述電壓轉換電路在第一狀態和第二狀態間切換，以使得所述諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓保持恆定。

較佳地，所述控制電路根據回饋電壓控制所述電壓轉換電路在第一狀態和第二狀態間切換，在所述回饋電壓增大時減小每個週期內所述電壓轉換電路處於第一狀態的時間，在所述回饋電壓減小時增大每個週期內所述電壓轉換電路處於第一狀態的時間。

較佳地，所述控制電路包括：誤差放大電路，輸入回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號，所述回饋電壓與所述諧振型； 比較器，用於比較所述誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；電壓轉換控制器，根據所述脈寬調變信號在第一狀態和第二狀態間切換，在第一狀態下輸出具有自感諧振頻率的電壓轉換控制信號，在第二狀態下輸出使電壓轉換器停止工作的電壓轉換控制信號。

第五方面，提供一種諧振型非接觸供電裝置的恆壓控制方法，所述諧振型非接觸供電裝置包括電壓轉換器、發射側諧振電路、接收側諧振電路、整流電路和輸出電容，所述方法包括：控制所述諧振型非接觸供電裝置在第一狀態和第二狀態間切換，以使得所述諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓保持恆定；其中，在第一狀態下保持所述電壓轉換器接收的電能傳輸到所述整流電路，在第二狀態下停止對所述整流電路傳輸電能。

較佳地，在第一狀態下保持所述接收側諧振電路對所述整流電路輸出交流電，在第二狀態下使得所述整流電路的輸入埠接地。

較佳地，在第一狀態下控制所述電壓轉換電路接收電能輸出具有自感諧振頻率的交流電，在第二狀態下控制所述電壓轉換電路停止工作。

透過在第一狀態下保持電壓轉換器接收的電能能夠被傳輸到整流電路，在第二狀態下使得電壓轉換器接收的電 能不能傳輸到所述整流電路，進而透過在第一狀態和第二狀態間切換，可以控制使得諧振型非接觸供電裝置輸出相對恆定的電壓，從而可以直接連接恆壓型負載。

11‧‧‧電壓轉換器

12‧‧‧發射側諧振電路

13‧‧‧接收側諧振電路

14‧‧‧整流電路

15‧‧‧狀態切換電路

16‧‧‧控制電路

21‧‧‧電壓轉換器

22‧‧‧發射側諧振電路

23‧‧‧接收側諧振電路

24‧‧‧整流電路

25a‧‧‧誤差放大電路

25b‧‧‧電壓轉換控制器

透過以下參考附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中：圖1是本發明第一實施例的諧振型非接觸供電裝置的電路示意圖；圖2是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的等效電路圖；圖3是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路解耦後的等效電路圖；圖4是圖3所示等效電路工作在自感諧振頻率下時的參數示意圖；圖5是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的簡化等效電路圖；圖6是本發明第一實施例的諧振型非接觸供電裝置的原理示意圖；圖7是本發明第二實施例的諧振型非接觸供電裝置的電路示意圖；圖8是本發明第三實施例的諧振型非接觸供電裝置的恆壓控制方法的流程圖。

以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路並沒有詳細敘述。

此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。

同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路透過電氣連接或電磁連接構成的導電迴路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和申請專利範圍中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限於”的含義。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相 對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

圖1是本發明第一實施例的諧振型非接觸供電裝置的電路示意圖。如圖1所示，諧振型非接觸供電裝置10包括電壓轉換器11、發射側諧振電路12、接收側諧振電路13、整流電路14、輸出電容C_o、狀態切換電路15和控制電路16。

在本實施例中，電壓轉換器11、發射側諧振電路12屬於諧振型非接觸供電裝置10的電能發射端；接收側諧振電路13、整流電路14、輸出電容C_o、狀態切換電路15和控制電路16屬於諧振型非接觸供電裝置10的電能接收端。

電能發射端和電能接收端透過發射側諧振電路12和接收側諧振電路13分離地以非接觸方式耦合，從而實現電能傳輸。

其中，電壓轉換器11接收電能輸出具有自感諧振頻率的交流電v_ac。

電壓轉換器11可以是全橋式電壓轉換電路、半橋式電壓轉換電路以及其他任何公知的具有電壓轉換功能的電壓轉換器。

發射側諧振電路12包括發射線圈L1，其用於從電壓轉換器11接收所述交流電v_ac。為了平衡發射側諧振電路12的漏感抗和接收側諧振電路13的反射感抗以及電路中由寄生參數引起的感抗，消除高頻下由於這些寄生參數存 在而產生的電壓尖峰和湧入電流，減小電磁干擾和電源雜訊並達到減小電源的視在功率，提高電源的功率因數，發射側諧振電路12中可以加入發射側諧振電容C_s，其與發射線圈L1串聯或並聯，以與發射線圈L1形成諧振電路。當然，本領域技術人員可以理解，在某些情況下可以利用電路的分佈電容(例如發射線圈導線之間的分佈電容)來做為發射側諧振電容，從而不必在電路中設置獨立的電容元件。

接收側諧振電路13包括接收線圈L2，接收線圈L2與發射側諧振電路12的發射線圈L2可以分離地以非接觸方式耦合，接收側諧振電路13用於從發射線圈L1接收電能。

同時，為了減小電能接收端消耗的無功功率，增大諧振與磁耦合電路傳輸的有功功率，接收側諧振電路13可以加入接收側諧振電容C_d。如上所述，接收側諧振電容C_d可以利用電路其它元件的分佈電容(例如線圈導線之間的分佈電容)來實現，從而不必在電路中設置專門的電容元件。

發射側諧振電路12和接收側諧振電路13構成諧振與磁耦合電路。

圖2是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的等效電路圖，也即發射側諧振電路12和接收側諧振電路13的電路示意圖。

如圖2所示，發射線圈L1可以等效為第一理想線圈 L_s以及線圈電阻R_s，同樣，接收線圈L2可以等效為第二理想線圈L_d以及線圈電阻R_d。第一理想線圈L_s和第二理想線圈L_d相互耦合。在圖2中，發射側諧振電路12和接收側諧振電路13均採用串聯諧振的方式來組成諧振電路，其中，發射側諧振電路12具有發射側諧振電容C_s，接收側具有接收側諧振電容C_d。如上所述，發射側諧振電容C_s和接收側諧振電容C_d可以為集總元件或者利用其它元件的分佈參數實現。

由此，諧振和磁耦合電路構成一互感耦合電路。

通常，為了使得發射側諧振電路12和接收側諧振電路13能夠以諧振方式傳遞能量，兩者具有相同的諧振頻率，也即：

其中，f_s為發射側諧振電路12的諧振頻率，f_d為接收側諧振電路13的諧振頻率；L_s為第一理想線圈L_s的電感值，L_d為第二理想線圈L_d的電感值；C_s為發射側諧振電容的電容值，C_d為接收側諧振電容的電容值。

較佳地，可以設置使得第一理想線圈L_s的電感值等於第二理想線圈L_d的電感值，並且發射側諧振電容的電容值C_s等於接收側諧振電容的電容值C_d，從而使得發射側諧振電路12和接收側諧振電路13諧振頻率相同。

將上述諧振頻率稱為自感諧振頻率。工作在上述諧振頻率下時，發射側諧振電路12和接收側諧振電路13同時諧振，諧振和磁耦合電路中所有的電感和電容阻抗均相互 抵消，系統具有很高的效率。

圖3是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路解耦後的等效電路圖。如圖3所示，由於發射線圈L1和接收線圈L2的耦合存在漏感和互感，圖2所示的諧振和磁耦合電路可以解耦等效為圖3的形式，即，將相互耦合的理想線圈L_s和L_d解耦為發射側漏電感L_s’、接收側漏電感L_d’和互感L_M。由此，圖2所示的諧振和磁耦合電路可以進一步等效為圖3所示的兩埠網路。

圖4是圖3所示等效電路工作在自感諧振頻率下時的參數示意圖。如圖4所示，當電壓轉換電路11對發射側諧振電路12輸出具有自感諧振頻率ω₀的交流電v_ac時，圖3中發射側漏電感L_s’和發射側諧振電容C_s的串聯電路的等效阻抗為-j ω₀L_M，由此，可以與互感的阻抗抵消，從而使得電能發射端輸入埠的阻抗最小，發射側諧振電路諧振。同時，接收側漏電感L_d’和接收側諧振電容C_d的串聯電路的等效阻抗為-j ω₀L_M，從而使得電能接收端輸出埠的阻抗最小，接收側諧振電路諧振。

此時，系統的效率η滿足如下公式：

其中，R_L為額定負載工作在第一狀態時的等效負載阻抗。在R_s和R_d相等的前提下，根據上述公式，在滿足ω₀L_M=R_L時，系統的效率η最大。由於發射線圈L1和接收線圈L2在正常使用狀態下的耦合度也是相對固定的， 因此，透過配置發射線圈L1和接收線圈的電感值，使得兩者在以預定的耦合度耦合且工作在自感諧振頻率ω₀下時，使得發射線圈L1和接收線圈L2的互感感抗ω₀L_M等於額定負載工作在第一狀態時的等效負載阻抗R_L。由此，可以使得在第一狀態下時，等效負載阻抗R_L等於ω₀L_M，有效提高系統效率。

圖5是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的簡化等效電路圖。在工作在自感諧振頻率ω₀下時，諧振型非接觸供電裝置10的諧振與磁耦合電路相對於在後的由整流電路14、輸出電容C_o和負載可等效為電流源A。由於整流電路14只進行交流-直流變換，並不調節電壓和電流的幅值，因此，如果沒有狀態切換電路15，諧振型非接觸供電裝置10對於負載而言為一電流源。

整流電路14與接收側諧振電路13連接，其可以將接收側諧振電路13輸出的交流電整流為直流電輸出。

整流電路14可以是全橋整流電路也可以是半橋整流電路。

輸出電容C_o並聯連接在整流電路14的輸出埠，用於對輸出的直流電進行濾波。

狀態切換電路15可以在第一狀態和第二狀態間切換，從而使得整個諧振型非接觸供電裝置10在第一狀態和第二狀態下切換，其在第一狀態下保持電壓轉換器11接收的電能傳輸到整流電路14，在第二狀態下停止對整 流電路14傳輸電能。

具體地，在本實施例中，狀態切換電路15設置在接收側，在第一狀態下保持接收側諧振電路13對整流電路14輸出交流電，在第二狀態下使得整流電路14的輸入埠接地。

如圖1所示，為了實現上述功能，狀態切換電路15可以包括第一開關S₁和第二開關S₂。其中，第一開關S₁連接在整流電路14的輸入埠的第一端和接地端之間；第二開關S₂連接在整流電路14的輸入埠的第二端和接地端之間。在第一狀態下，第一開關S₁和第二開關S₂均關斷，電壓轉換電路11接收的電能可以透過諧振傳輸到整流電路14並輸出；在第二狀態下，第一開關S₁和第二開關S₂均導通，整流電路14的輸入埠接地，流到整流電路14的輸入埠的電流均流向接地端，沒有電能輸入到整流電路14。

控制電路16用於控制狀態切換電路15在第一狀態和第二狀態間切換，以使得整流電路14的輸出電壓v_out保持恆定。

具體地，控制電路16根據回饋電壓v_fb輸出開關控制信號Q控制第一開關S₁和第二開關S₂同時導通和關斷。

在本實施例中，回饋電壓v_fb可以透過一分壓網路對整流電路14的輸出電壓v_out(也即，諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓)分壓獲得，其與輸出電壓v_out成比例。

圖6是本發明第一實施例的諧振型非接觸供電裝置的 原理示意圖。如圖6所示，諧振與磁耦合電路被等效為電流源A，狀態切換電路15連接在整流電路14的輸入埠，也即電流源A的輸出埠，控制使得該輸入埠短接到地或保持正常狀態。

控制電路16連接到狀態切換電路15的控制端。控制電路16計算回饋電壓v_fb相對於基準電壓v_ref的誤差，進而獲得補償信號v_c，將補償信號v_c與三角波信號v_ramp比較輸出脈寬調變信號PWM，並基於脈寬調變信號PWM輸出開關控制信號Q，控制狀態切換電路15的第一開關S₁和第二開關S₂同時導通或關斷。

控制電路16透過控制狀態切換電路11處於第一狀態的時間和處於第二狀態時間之間的比值，可以使得整流電路14輸出一個穩定的輸出電壓v_out。在第一狀態下，電能能夠傳遞到整流電路14，在第二狀態下，電能不能傳遞到整流電路14，整流電路輸入電壓為0，整流電路的輸出被輸出電容C_o進行濾波平均後輸出一個相對穩定的輸出電壓v_out。

其中，控制電路16可以包括誤差放大電路16a、比較器CMP和驅動電路DR。

誤差放大電路16a輸入回饋電壓v_fb和基準電壓v_ref輸出誤差補償信號v_c。其中，其可以包括誤差放大器EA和補償電容C_c。在本實施例中，回饋電壓v_fb輸入到誤差放大器EA的反相輸入端，參考電壓v_ref輸入到誤差放大器EA的同相輸入端。

比較器CMP用於比較誤差補償信號v_C和三角波信號v_ramp輸出脈寬調變信號PWM，脈寬調變信號PWM的工作周期D隨誤差補償信號v_c變化，其頻率與三角波信號v_ramp的頻率相等。在本實施例中，誤差補償信號v_c輸入到比較器CMP的反相輸入端，三角波信號v_ramp輸入到比較器CMP的同相輸入端。

當然本領域技術人員可以理解，在控制信號定義不同時，可以對上述信號輸入關係進行調整，例如將三角波信號v_ramp輸入反相輸入端，而將誤差補償信號v_c輸入同相輸入端。

驅動電路DR用於根據脈寬調變信號PWM輸出開關控制信號Q，控制第一開關S₁和第二開關S₂。

由此，控制電路16形成一個負回授的電壓控制環路。在輸出電壓v_out增大時，回饋電壓v_fb增大，使得補償信號v_c減小。由於比較器CMP輸出的脈寬調變信號PWM在三角波信號v_ramp位於補償信號v_c下方時為低位準，在三角波信號v_ramp位於補償信號v_c上方時為高位準，因此，補償信號v_c下降使得每個脈寬調變信號週期內高位準部分增多，低位準部分減少，也即，工作周期D增加，因此，每個脈寬調變週期內第一開關S1和第二開關S2導通時間變長，也即，每個脈寬調變週期內電流源A對整流電路14供應電能的時間下降，由此使得單位時間內輸入到整流電路14的電能減少，輸出電壓v_out下降。

反之類似，在輸出電壓v_out減小時，控制電路16減小脈寬調變信號PWM的工作周期，從而提高單位時間內輸入到整流電路14的電能，使得輸入電壓v_out上升，從而保持輸出電壓的穩定。

以上以脈寬調變信號PWM為高位準時驅動電路DR對應輸出的開關控制信號Q控制第一開關S₁和第二開關S₂導通為例進行說明。當然，也可以在脈寬調變信號PWM為低位準時使得驅動電路DR輸出開關控制信號Q控制第一開關S₁和第二開關S₂導通，這時使得比較器的輸入端調換即可，這屬於本領域技術人員容易做出的等同替換。

同時，本領域技術人員可以理解，圖1中所示的控制電路結構僅為示例，其可以被替換為各種現有電壓負回授控制迴路，只要能夠實現根據回饋電壓調節脈寬調變信號的工作周期，以控制電路處於第一狀態和第二狀態的時間比，進而保持輸出電壓恆定即可。

同時，開關控制信號Q的頻率(也即脈寬調變信號PWM的頻率)應小於自感諧振頻率，由此使得狀態切換不至於影響到發射側諧振電路12和接收側諧振電路13之間傳遞能量。

同時，本實施例的諧振型非接觸供電裝置10中的整流電路14、狀態切換電路15和控制電路16可以被集成為積體電路，由此，在該積體電路基礎上增加接收線圈和接收側諧振電容等週邊部件後即可搭建電能接收端。

透過在第一狀態下保持電壓轉換器接收的電能能夠被傳輸到整流電路，在第二狀態下使得電壓轉換器接收的電能不能傳輸到所述整流電路，進而透過在第一狀態和第二狀態間切換，可以控制使得諧振型非接觸供電裝置輸出相對恆定的電壓，從而可以直接連接恆壓型負載。

圖7是本發明第二實施例的諧振型非接觸供電裝置的電路示意圖。如圖7所示，本實施例的諧振型非接觸供電裝置20包括電壓轉換器21、發射側諧振電路22、接收側諧振電路23、整流電路24、輸出電容C_o和控制電路25。

發射側諧振電路22、接收側諧振電路23、整流電路24和輸出電容C_o的配置和連接關係與第一實施例中相同。

與第一實施例以及第二實施例不同，在本實施例中，沒有設置狀態切換電路，透過控制電路25控制電壓轉換器21工作或者停止工作來控制是否讓電能傳輸到整流電路。

具體地，電壓轉換器21在第一狀態下接收電能，輸出具有自感諧振頻率的交流電，在第二狀態下停止工作。

電壓轉換器21可以是全橋電壓轉換器，也可以是半橋電壓轉換器。較佳地，其可以為如圖7所示的半橋電壓轉換器，其包括第一電壓轉換開關S_i1和第二電壓轉換開關S_i2，第一電壓轉換開關S_i1連接在電源輸入端和電壓轉換器21輸出埠的第一端之間，第二電壓轉換開關S_i2連接在電壓轉換器21輸出埠的第一端和第二端之間，透過控 制第一電壓轉換開關S_i1和第二電壓轉換開關S_i2交替導通和關斷，可以將電源輸入端輸入的直流電轉變為交流電輸出，該交流電的頻率與電壓轉換開關的開關頻率相同。

控制電路25控制電壓轉換電路21在第一狀態和第二狀態間切換，以使得整流電路24的輸出電壓v_out(也即，諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓)保持穩定。

其中，控制電路25包括誤差放大電路25a、比較器CMP和電壓轉換控制器25b。

誤差放大電路25a輸入回饋電壓v_fb和基準電壓v_ref輸出誤差補償信號v_c。

在本實施例中，回饋電壓v_fb可以透過一分壓網路對整流電路24的輸出電壓v_out(也即，諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓)分壓後，將相關資訊v_fb’透過無線通訊電路com由電能接收端發送到電能發射端後生成獲得，其與輸出電壓v_out成比例。

比較器CMP用於比較誤差補償信號v_c和三角波信號v_ramp輸出脈寬調變信號PWM。

電壓轉換控制器25b根據脈寬調變信號PWM在第一狀態和第二狀態間切換。其在第一狀態下輸出具有自感諧振頻率的電壓轉換控制信號，在第二狀態下輸出使所述電壓轉換器停止工作的電壓轉換控制信號。較佳地，可以在電壓轉換控制器25b設置使能端，該使能端輸入脈寬調變信號PWM，根據脈寬調變信號PWM，電壓轉換器25b位於第一狀態(工作狀態)或第二狀態(非工作狀態)。

在電壓轉換控制器25b工作時，其按預定配置輸出頻率為自感諧振頻率的電壓轉換控制信號，使得電壓轉換器21輸出交流電，該交流電使得發射側諧振電路22諧振，從而將電能傳遞到接收側諧振電路23，進而傳遞到整流電路24輸出。

在電壓轉換控制其25b停止工作時，其不輸出交流電，由此電能無法透過發射側諧振電路22傳遞到整流電路24。

由此，控制電路25形成一個負回授的電壓控制環路。在輸出電壓v_out增大時，回饋電壓v_fb增大，由此使得補償信號v_c減小。由於比較器CMP輸出的脈寬調變信號PWM在三角波信號v_ramp位於補償信號v_c上方時為低位準，在三角波信號v_ramp位於補償信號v_c下方時為高位準(在圖7中，三角波信號v_ramp輸入到比較器25a的反相輸入端，而誤差補償信號v_c輸入到比較器25a的同相輸入端)，因此，補償信號v_c下降使得每個脈寬調變信號週期內低位準部分增多，高位準部分減少，也即，工作周期D減小，因此，每個脈寬調變週期內電壓轉換器21的工作時間變短，也即，每個脈寬調變週期內對整流電路24供應電能的時間下降，由此使得單位時間內輸入到整流電路24的電能減少，輸出電壓v_out下降。

反之類似，在輸出電壓v_out增大時，控制電路25增大脈寬調變信號的工作周期D，從而提高單位時間內輸入到整流電路24的電能，使得輸入電壓v_out上升，從而保 持輸出電壓的穩定。

以上以脈寬調變信號PWM為高位準時，電壓轉換控制器處於工作狀態(第一狀態)為例進行說明。當然，也可以在脈寬調變信號PWM為低位準時使得電壓轉換控制器處於工作狀態(第一狀態)，這時使得比較器的輸入端調換即可，這屬於本領域技術人員容易做出的等同替換。

同時，本領域技術人員可以理解，圖7中所示的控制電路結構僅為示例，其可以被替換為各種現有電壓負回授控制迴路，只要能夠實現根據回饋電壓調節脈寬調變信號的工作周期，控制電路處於第一狀態和第二狀態的時間比，進而保持輸出電壓恆定即可。

同時，脈寬調變信號PWM的頻率應小於自感諧振頻率，由此使得狀態切換不至於影響到發射側諧振電路22和接收側諧振電路23之間傳遞能量。

同時，本實施例的諧振型非接觸供電裝置20中的電壓轉換電路21和控制電路25可以被集成為積體電路，由此，在該積體電路基礎上增加發射線圈和發射側諧振電容以及無線信號接收器等週邊部件後即可搭建電能發射端。

透過在第一狀態下保持電壓轉換器接收的電能能夠被傳輸到整流電路，在第二狀態下使得電壓轉換器不接收電能或其接收的電能不能傳輸到所述整流電路，進而透過在第一狀態和第二狀態間切換，可以控制使得諧振型非接觸供電裝置輸出相對恆定的電壓，從而可以直接連接恆壓型負載。

本實施例可以進一步減少器件數量，降低電路成本。

圖8是本發明第三實施例的諧振型非接觸供電裝置的恆壓控制方法的流程圖，其中，所述諧振型非接觸供電裝置包括電壓轉換器、發射側諧振電路、接收側諧振電路、整流電路和輸出電容。如圖8所示，所述方法包括：

控制所述諧振型非接觸供電裝置在第一狀態和第二狀態間切換，以使得所述諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓保持恆定。

其中，在第一狀態下保持所述電壓轉換器接收的電能傳輸到所述整流電路，在第二狀態下停止對所述整流電路傳輸電能。

其中，所述切換可以由一脈寬調變信號控制，透過調節脈寬調變信號的工作周期來調節使得輸出電壓保持穩定。

在一個較佳實施方式中，在第一狀態下保持所述接收側諧振電路對所述整流電路輸出交流電，在第二狀態下使得所述整流電路的輸入埠接地。

在另一個較佳實施方式中，在第一狀態下控制所述電壓轉換電路接收電能輸出具有自感諧振頻率的交流電，在第二狀態下控制所述電壓轉換電路停止工作。

透過在第一狀態下保持電壓轉換器接收的電能能夠被傳輸到整流電路，在第二狀態下使得電壓轉換器接收的電能不能傳輸到所述整流電路，進而透過在第一狀態和第二狀態間切換，可以控制使得諧振型非接觸供電裝置輸出相 對恆定的電壓，從而可以直接連接恆壓型負載。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

11‧‧‧電壓轉換器

12‧‧‧發射側諧振電路

13‧‧‧接收側諧振電路

14‧‧‧整流電路

15‧‧‧狀態切換電路

16‧‧‧控制電路

Claims (19)

1. 一種諧振型非接觸供電裝置，包括：電壓轉換器，接收電能，輸出具有自感諧振頻率的交流電；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於從該電壓轉換器接收該交流電；接收側諧振電路，包括接收線圈，該接收線圈與該發射線圈分離地以非接觸方式耦合，該接收側諧振電路用於從該發射線圈接收該電能；整流電路，與該接收側諧振電路連接；輸出電容，並聯連接在該整流電路的輸出埠；狀態切換電路，在第一狀態下保持該接收側諧振電路對該整流電路輸出該交流電，在第二狀態下使得該整流電路的輸入埠接地；控制電路，控制該狀態切換電路在該第一狀態和該第二狀態間切換，以使得該整流電路的輸出電壓保持恆定。
2. 根據請求項第1項之諧振型非接觸供電裝置，其中，該狀態切換電路包括：第一開關，連接在該整流電路的輸入埠的第一端和接地端之間；第二開關，連接在該整流電路的輸入埠的第二端和接地端之間；該控制電路用於根據回饋電壓輸出開關控制信號控制該第一開關和該第二開關同時導通和關斷，該回饋電壓與 該整流電路的輸出電壓成比例。
3. 根據請求項第2項之諧振型非接觸供電裝置，其中，該控制電路在該回饋電壓增大時增大每個週期內該第一開關和該第二開關的導通時間，以減小電路處於該第一狀態的時間，在該回饋電壓減小時減小每個週期內該第一開關和該第二開關的導通時間，以增大電路處於該第一狀態的時間。
4. 根據請求項第2項之諧振型非接觸供電裝置，其中，該控制電路包括：誤差放大電路，輸入該回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號；比較器，用於比較該誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；驅動電路，用於根據該脈寬調變信號輸出該開關控制信號，控制該第一開關和該第二開關。
5. 根據請求項第1項之諧振型非接觸供電裝置，其中，該發射線圈和該接收線圈被配置為在以預定的耦合度耦合，且工作在該自感諧振頻率下時，該發射線圈和該接收線圈的互感感抗等於額定負載工作在該第一狀態時的等效負載阻抗。
6. 一種諧振型非接觸供電裝置，包括：電壓轉換器，在第一狀態下接收電能輸出具有自感諧振頻率的交流電，在第二狀態下停止工作；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於從該電壓轉換 器接收該交流電；接收側諧振電路，包括接收線圈，該接收線圈與該發射線圈分離地以非接觸方式耦合，該接收側諧振電路用於從該發射線圈接收該電能；整流電路，與該接收側諧振電路連接；輸出電容，並聯連接在該整流電路的輸出埠；控制電路，控制該電壓轉換電路在該第一狀態和該第二狀態間切換，以使得該整流電路的輸出電壓保持恆定。
7. 根據請求項第6項之諧振型非接觸供電裝置，其中，該控制電路根據回饋電壓控制該電壓轉換電路在該第一狀態和該第二狀態間切換，在該回饋電壓增大時減小每個週期內該電壓轉換電路處於該第一狀態的時間，在該回饋電壓減小時增大每個週期內該電壓轉換電路處於該第一狀態的時間。
8. 根據請求項第6項之諧振型非接觸供電裝置，其中，該控制電路包括：誤差放大電路，輸入回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號，該回饋電壓與該整流電路的輸出電壓成比例；比較器，用於比較該誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；電壓轉換控制器，根據該脈寬調變信號在該第一狀態和該第二狀態間切換，在該第一狀態下輸出具有該自感諧振頻率的電壓轉換控制信號，在該第二狀態下輸出使該電壓轉換器停止工作的電壓轉換控制信號。
9. 根據請求項第6項之諧振型非接觸供電裝置，其中，該發射線圈和該接收線圈被配置為在以預定的耦合度耦合，且工作在該自感諧振頻率下時，該發射線圈和該接收線圈的互感感抗等於額定負載工作在該第一狀態時等效負載阻抗。
10. 一種積體電路，用於諧振型非接觸供電裝置，包括：整流電路；狀態切換電路，在第一狀態下保持接收側諧振電路對該整流電路輸出交流電，在第二狀態下使得該整流電路的輸入埠接地；控制電路，控制該狀態切換電路在該第一狀態和該第二狀態間切換，以使得該整流電路的輸出電壓保持恆定。
11. 根據請求項第10項之積體電路，其中，該狀態切換電路包括：第一開關，連接在該整流電路的輸入埠的第一端和接地端之間；第二開關，連接在該整流電路的輸入埠的第二端和接地端之間；該控制電路用於根據回饋電壓輸出開關控制信號控制該第一開關和該第二開關同時導通和關斷，該回饋電壓與該整流電路的輸出電壓成比例。
12. 根據請求項第11項之積體電路，其中，該控制電路在該回饋電壓增大時增大每個週期內該第一開關和該 第二開關的導通時間，以減小電路處於該第一狀態的時間，在該回饋電壓減小時減小每個週期內該第一開關和該第二開關的導通時間，以增大電路處於該第一狀態的時間。
13. 根據請求項第10項之積體電路，其中，該控制電路包括：誤差放大電路，輸入該回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號；比較器，用於比較該誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；驅動電路，用於根據該脈寬調變信號輸出開關控制信號，控制該第一開關和該第二開關。
14. 一種積體電路，用於諧振型非接觸供電裝置，包括：電壓轉換器，在第一狀態下接收電能輸出具有自感諧振頻率的交流電，在第二狀態下停止工作；控制電路，控制該電壓轉換電路在該第一狀態和該第二狀態間切換，以使得該諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓保持恆定。
15. 根據請求項第14項之積體電路，其中，該控制電路根據回饋電壓控制該電壓轉換電路在該第一狀態和該第二狀態間切換，在該回饋電壓增大時減小每個週期內該電壓轉換電路處於該第一狀態的時間，在該回饋電壓減小時增大每個週期內該電壓轉換電路處於該第一狀態的時 間。
16. 根據請求項第14項之積體電路，其中，該控制電路包括：誤差放大電路，輸入回饋電壓和基準電壓輸出誤差補償信號，該回饋電壓與該諧振型；比較器，用於比較該誤差補償信號和三角波信號輸出脈寬調變信號；電壓轉換控制器，根據該脈寬調變信號在該第一狀態和該第二狀態間切換，在該第一狀態下輸出具有該自感諧振頻率的電壓轉換控制信號，在該第二狀態下輸出使電壓轉換器停止工作的電壓轉換控制信號。
17. 一種諧振型非接觸供電裝置的恆壓控制方法，該諧振型非接觸供電裝置包括電壓轉換器、發射側諧振電路、接收側諧振電路、整流電路和輸出電容，該方法包括：控制該諧振型非接觸供電裝置在第一狀態和第二狀態間切換，以使得該諧振型非接觸供電裝置的輸出電壓保持恆定；其中，在該第一狀態下保持該電壓轉換器接收的電能傳輸到該整流電路，在該第二狀態下停止對該整流電路傳輸該電能。
18. 根據請求項第17項之恆壓控制方法，其中，在該第一狀態下保持該接收側諧振電路對該整流電路輸出交流電，在該第二狀態下使得該整流電路的輸入埠接地。
19. 根據請求項第17項之恆壓控制方法，其中，在該第一狀態下控制該電壓轉換電路接收該電能輸出具有自感諧振頻率的交流電，在該第二狀態下控制該電壓轉換電路停止工作。