一種限幅控制電路及方法與流程

2023-06-28 07:18:26

本發明涉及無線供電領域，更具體的說，涉及一種限幅控制電路及方法。

背景技術：

從動諧振環具有接受能量和發射能量的雙重特性，在無線供電的終端，從動諧振環常當作接收諧振環使用，為終端電器供電。

由於從動諧振環工作於諧振狀態，諧振環內的電壓和電流振幅很大，而且不穩定，如果直接給終端電器供電，會產生巨大的電流和電壓波動，會給終端電器帶來嚴重的影響，甚至會燒毀電器。

因此，亟需一種控制從動諧振環電壓或電流的振幅，保證從動諧振環工作穩定的電路。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供一種限幅控制電路及方法，以解決從動諧振環工作不穩定的問題。

為解決上述技術問題，本發明採用了如下技術方案：

一種限幅控制電路，包括：

諧振線圈、諧振電容、開關和變壓器；

所述諧振線圈和所述諧振電容並聯或者串聯；所述變壓器的初級線圈與所述諧振線圈並聯；所述變壓器的次級線圈與所述開關串聯。

優選地，所述開關為壓控開關；

其中，所述壓控開關的兩個開關端與所述變壓器的次級線圈串聯。

優選地，所述壓控開關為IGBT管，所述IGBT管的集電極和發射極為兩個開關端。

優選地，所述壓控開關為MOSFET管，所述MOSFET管的漏極和源極為兩個開關端。

優選地，所述壓控開關為TRIAC管，所述TRIAC管的主電極T1和主電極T2為兩個開關端。

優選地，所述壓控開關為兩個IGBT管反向串聯，所述兩個IGBT管反向串聯之後的兩個集電極為兩個開關端。

優選地，所述壓控開關為兩個MOSFET管反向串聯，所述兩個MOSFET管反向串聯之後的兩個漏極為兩個開關端。

優選地，所述壓控開關為兩個TRIAC管反向串聯，所述兩個TRIAC管反向串聯之後的兩個主電極T2為兩個開關端。

一種限幅控制方法，應用於上述任意一項所述的限幅控制電路，所述方法包括：

當需要提供穩定的電壓時，控制所述開關導通。

優選地，所述控制所述開關導通，具體包括：

採用手動關閉開關的方式、輸入高低電平的方式或脈衝寬度調製的方式控制所述開關導通。

相較於現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明提供了一種限幅控制電路及方法，所述電路包括：諧振線圈、諧振電容、開關和變壓器；所述諧振線圈和所述諧振電容並聯或者串聯；所述變壓器的初級線圈與所述諧振線圈並聯；所述變壓器的次級線圈與所述開關並聯。當需要提供穩定的電壓時，控制所述開關導通，此時所述變壓器的次級線圈被短路，所述變壓器的初級線圈的電感值下降，整個電路的總電感量下降，進而諧振狀態被改變，能夠提供穩定的電壓或電流，解決了從動諧振環工作不穩定的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明中諧振環的結構示意圖；

圖2為本發明中三端壓控開關的結構示意圖；

圖3為本發明中四端壓控開關的結構示意圖；

圖4為本發明中應用三端壓控開關的諧振環的結構示意圖；

圖5為本發明中應用四端壓控開關的諧振環的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明提供了一種限幅控制電路，所述電路包括：

諧振線圈、諧振電容、開關和變壓器；

所述諧振線圈和所述諧振電容並聯或者串聯；所述變壓器的初級線圈與所述諧振線圈並聯；所述變壓器的次級線圈與所述開關串聯。

參照圖1，圖1中左側的圖中，A、B表示串聯諧振環的兩個輸出端，箭頭表示磁場方向，K表示開關，C1表示諧振電容，L1表示諧振線圈，L2表示變壓器的初級線圈，L3表示變壓器的次級線圈。

圖1中右側的圖中，A、B表示並聯諧振環的兩個輸出端，箭頭表示磁場方向，K表示開關，C1表示諧振電容，L1表示諧振線圈，L2表示變壓器的初級線圈，L3表示變壓器的次級線圈。

當開關K開路時，變壓器的次級線圈L3不起作用，這時，相當於諧振線圈L1與變壓器初級線圈L2並聯，並聯後的電感量可按下式計算：

1/Lt＝1/L1+1/L2

Lt＝(L1*L2)/(L1+L2)

式中Lt為總電感量，L1為諧振線圈的電感量，L2為變壓器的初級線圈的電感量，並聯後，Lt小於L1，也小於L2。

當開關K閉合時，變壓器的次級線圈L3被短路，形成了一個短路環，變壓器的內阻大幅度降低，變壓器的初級線圈L2的電感量大幅度減小；根據諧振頻率的計算公式：此時整個電路的電感量減少，電路原有的諧振狀態被破壞，振幅相應變化，輸出電壓就不同。

圖1中各個元件的工作過程為：

變壓器的次級線圈L3串聯開關K後，變壓器的初級線圈L2就變成了一個可變線圈，初級線圈L2的電感量將隨著開關K的開斷而不同。當開關K導通時，開關K的內阻為零或者接近於零，這時，變壓器的次級線圈被短路，形成一個短路環，變壓器的磁芯磁阻將大幅度降低，初級線圈L2的阻抗同步降低，由於初級線圈L2與諧振線圈L1並聯，此時整個電路的總電感量下降，原有的諧振狀態被破壞，振幅改變，輸出電壓隨著改變。

本實施例提供了一種限幅控制電路，所述電路包括：諧振線圈、諧振電容、開關和變壓器；所述諧振線圈和所述諧振電容並聯或者串聯；所述變壓器的初級線圈與所述諧振線圈並聯；所述變壓器的次級線圈與所述開關並聯。當需要提供穩定的電壓時，控制所述開關導通，此時所述變壓器的次級線圈被短路，所述變壓器的初級線圈的電感值下降，整個電路的總電感量下降，進而諧振狀態被改變，能夠提供穩定的電壓或電流，解決了從動諧振環工作不穩定的問題。

可選的，本發明的另一實施例中，所述開關K為壓控開關；

其中，所述壓控開關的兩個開關端與所述變壓器的次級線圈串聯。

具體的，所述壓控開關為IGBT管，所述IGBT管的集電極和發射極為兩個開關端；所述壓控開關為MOSFET管，所述MOSFET管的漏極和源極為兩個開關端；所述壓控開關為TRIAC管，所述TRIAC管的主電極T1和主電極T2為兩個開關端；所述壓控開關為兩個IGBT管反向串聯，所述兩個IGBT管反向串聯之後的兩個集電極為兩個開關端；所述壓控開關為兩個MOSFET管反向串聯，所述兩個MOSFET管反向串聯之後的兩個漏極為兩個開關端；所述壓控開關為兩個TRIAC管反向串聯，所述兩個TRIAC管反向串聯之後的兩個主電極T2為兩個開關端。

一個IGBT管、MOSFET管或TRIAC管為一個三端壓控開關，兩個IGBT管反向串聯、兩個MOSFET管反向串聯或兩個TRIAC管反向串聯為一個四端壓控開關。

其中，IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型電晶體，是由BJT(雙極型三極體)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件。MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，金屬-氧化物半導體場效應電晶體，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效電晶體。三端雙向交流開關TRIAC管實質上是雙向晶閘管,它是在普通晶閘管的基礎上發展起來的，它不僅能代替兩隻反極性並聯的晶閘管，而且僅用一個觸發電路。

為了能夠使本領域的技術人員更加清楚的了解本發明中的壓控開關，請參照圖2和圖3。其中，圖2表示的是三端壓控開關，圖3表示的是四端壓控開關。

圖2中三端壓控開關S1共有1、2、3三個端，其中2端和3端是兩個開關端，1端為控制端。IGBT管共有三個極，分別為集電極C、發射極E和門極G。MOSFET管也有三個極，分別為漏極D、柵極G和源極S。TRIAC管的三個極分別為主電極T1、主電極T2和柵極G。

當三端壓控開關S1為IGBT管時，腳位對應關係為：1-G、2-C、3-E；當三端壓控開關S1為MOSFET管時，腳位對應關係為：1-G、2-D、3-S；當三端壓控開關S1為TRIAC管時，腳位對應關係為：1-G、2-T2、3-T1。

圖3中四端壓控開關S2共有1、2、3、4四個端，其中，2、3為兩個開關端，1、4為兩個控制端，其中，4端用來接地。所述四端壓控開關S2為兩個IGBT管反向串聯或兩個MOSFET管反向串聯或兩個TRIAC管反向串聯。

具體的，當四端壓控開關S2為兩個IGBT管反向串聯時，腳位對應關係為：1-G、2-C、3-C、4-E，當四端壓控開關S2為兩個MOSFET管反向串聯時，腳位對應關係為：1-G、2-D、3-D、4-S，當四端壓控開關S2為兩個TRIAC管反向串聯時，腳位對應關係為：1-G、2-T2、3-T2、4-T1。

需要說明的是，不管是三端壓控開關S1，還是四端壓控開關S2，控制端1用來控制壓控開關的通斷。

參照圖4和圖5，圖4和圖5介紹了壓控開關和諧振線圈L1、諧振電容C1、初級線圈L2、次級線圈L3的連接關係。

圖4中左側的圖中，A、B表示串聯諧振環的兩個輸出端，箭頭表示磁場方向，S1表示三端壓控開關，C1表示諧振電容，L1表示諧振線圈，L2表示變壓器的初級線圈，L3表示變壓器的次級線圈。初級線圈L2與諧振線圈L1並聯，次級線圈L3與三端壓控開關S1的兩個開關端串聯。

圖4中右側的圖中，A、B表示並聯諧振環的兩個輸出端，箭頭表示磁場方向，S1表示三端壓控開關，C1表示諧振電容，L1表示諧振線圈，L2表示變壓器的初級線圈，L3表示變壓器的次級線圈。初級線圈L2與諧振線圈L1並聯，次級線圈L3與三端壓控開關S1的兩個開關端串聯。

圖5中左側的圖中，A、B表示串聯諧振環的兩個輸出端，箭頭表示磁場方向，S2表示四端壓控開關，C1表示諧振電容，L1表示諧振線圈，L2表示變壓器的初級線圈，L3表示變壓器的次級線圈。初級線圈L2與諧振線圈L1並聯，次級線圈L3與四端壓控開關S2的兩個開關端串聯。

圖5中右側的圖中，A、B表示並聯諧振環的兩個輸出端，箭頭表示磁場方向，S2表示四端壓控開關，C1表示諧振電容，L1表示諧振線圈，L2表示變壓器的初級線圈，L3表示變壓器的次級線圈。初級線圈L2與諧振線圈L1並聯，次級線圈L3與四端壓控開關S2的兩個開關端串聯。

由於變壓器的隔離作用，只需要將次級線圈L3的一側設置一個相對「地」，便可以為三端壓控開關S1或四端壓控開關S2提供參考電平，這個參考電平與諧振環無關，因此，無論是三端壓控開關S1或四端壓控開關S2,諧振環允許半波整流輸出，也允許全波整流輸出。

本實施例中，所述壓控開關為IGBT管或MOSFET管或TRIAC管，或者所述壓控開關為兩個IGBT管反向串聯或兩個MOSFET管反向串聯或兩個TRIAC管反向串聯。選擇方式較多，可以根據不同的情況進行選擇。

本發明的另一實施例中，提供了一種限幅控制方法，其特徵在於，應用於上述限幅控制電路，所述方法包括：

當需要提供穩定的電壓時，控制所述開關導通。

具體的，所述控制所述開關導通，具體包括：

採用手動關閉開關的方式、輸入高低電平的方式或脈衝寬度調製的方式控制所述開關導通。

當開關不是壓控開關時，採用手動關閉開關的方式可以使開關導通。當開關為壓控開關時，採用輸入高低電平的方式或脈衝寬度調製的方式控制所述開關導通。

需要說明的是，當採用輸入高低電平的方式控制所述開關導通，具體原理為：

開關為壓控開關時，當控制端輸入高電平，兩個開關端導通，接通電阻為零或接近於零，此時所述變壓器的次級線圈被短路，所述變壓器的初級線圈的電感值下降，整個電路的總電感量下降，原有的諧振狀態被改變，振幅改變。當控制端為低電平時，兩個開關端短路，開路電阻無窮大，恢復原有的諧振狀態，振幅改變。

當採用脈衝寬度調製的方式控制所述開關導通，具體原理為：

採用脈衝寬度調製的方式即在開關端輸入脈衝寬度調製信號時，可以改變壓控開關的通斷，當壓控開關導通時，接通電阻為零或接近於零，此時所述變壓器的次級線圈被短路，所述變壓器的初級線圈的電感值下降，整個電路的總電感量下降，原有的諧振狀態被改變，振幅改變。當壓控開關關斷時，開路電阻無窮大，恢復原有的諧振狀態，振幅改變。

本實施例中，通過採用手動關閉開關的方式、輸入高低電平的方式或脈衝寬度調製的方式控制所述開關導通，此時所述變壓器的次級線圈被短路，所述變壓器的初級線圈的電感值下降，整個電路的總電感量下降，進而諧振狀態被改變，能夠提供穩定的電壓或電流，解決了從動諧振環工作不穩定的問題。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術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明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於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範圍。