[发明专利]一种基于Class-E电路的负载无关型无线充电电路及控制方法

说明书

本发明涉及无线充电电路的技术领域，尤其是涉及一种基于Class‑E电路的负载无关型无线充电电路及控制方法，其中，充电电路包括磁耦合机构，磁耦合机构包括发射线圈、接收线圈、发射补偿电容、第一补偿电容、第二补偿电容、第二电感和第三电感，发射线圈与发射补偿电容串联，接收线圈与第二电感和第三电感串联，第一补偿电容与接收线圈并联，第二补偿电容与接收线圈和第二电感组成的串联电路并联。本发明具有效率高、器件少、控制简单、可靠性高的效果。

技术领域

本发明涉及无线充电电路的技术领域，尤其是涉及一种基于Class-E电路的负载无关型无线充电电路及控制方法。

背景技术

近年来，随着无线电能传输技术的不断发展，无线充电的应用场合也逐渐扩大，最常见的应用是电池的无线充电。在给锂电池充电的过程中，当锂电池电量较低时，内阻较小，首先进行恒流充电过程，此时充电器输出恒定的电流给锂电池充电，随着电池电量的上升，内阻逐渐增大，此时端电压也逐渐上升，当端电压达到预设电压时，采用恒压充电方式，此时充电电流逐渐减小，综上所述，需要充电电路的输出具备恒流与恒压两种工作模式。目前实现充电电路恒流与恒压的方法有：再加入一级DC-DC电路、采用双边LCC补偿网络、切换器件改变补偿网络等方法。

虽然上述三种方法均能实现恒流恒压，但也存在不足：再加一级DC-DC电路会使系统整体效率更低，更复杂；采用双边LCC补偿网络需要在电路的两边均加入较为复杂的补偿网络，所需要的无源器件较多；切换器件改变补偿网络的方法改变了补偿网络，且需要多个切换开关，结构较复杂。综上所述，以上方法均存在控制复杂，所需器件较多的缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于Class-E电路的负载无关型无线充电电路及工作方法，其具有效率高、器件少、控制简单、可靠性高的效果。

本发明的上述技术效果是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于Class-E电路的负载无关型无线充电电路，包括磁耦合机构，所述磁耦合机构包括发射线圈、接收线圈、发射补偿电容、第一补偿电容、第二补偿电容、第二电感和第三电感，所述发射线圈与发射补偿电容串联，所述接收线圈与第二电感和第三电感串联，所述第一补偿电容与接收线圈并联，所述第二补偿电容与接收线圈和第二电感组成的串联电路并联。

进一步的，上述充电电路还包括直流供电电源、逆变单元和高频整流单元；所述直流供电电源的输出端与逆变单元的输入端连接，所述逆变单元的输出端与磁耦合机构的输入端连接，所述磁耦合机构的输出端与高频整流单元的输入端连接。

进一步的，所述逆变单元为Class-E电路，包括第一电感、增强型NMOS管、寄生二极管和第一电容，所述第一电感连接在直流供电电源的正极和增强型NMOS管的漏极之间，所述增强型NMOS管的源极与直流供电电源的负极连接，所述寄生二极管的正极与增强型NMOS管的源极连接，负极与增强型NMOS管的漏极连接，所述第一电容的两端分别与增强型NMOS管的源极与漏极连接，且第一电容与发射线圈和发射补偿电容组成的串联电路并联。

进一步的，所述高频整流单元为桥式整流电路。

通过采用上述技术方案，采用分离电感的分析方法、T型等效模型的分析方法以及戴维南等效定理，在恒压模式时，可以将磁耦合机构转化为负载与电压源串联的电路，从而能够实现恒压输出特性，在恒流模式时，可将磁耦合机构转化为负载与电流源串联的电路，从而能够实现恒流输出的特性；综上所述，本电路能够满足恒压工作与恒流工作的条件，且具有效率高、器件少、控制简单、可靠性高的效果。

一种基于Class-E电路的负载无关型无线充电电路实现恒压充电与恒流充电的控制方法，包括：

将发射线圈等效为第一发射分离线圈与第二发射分离线圈，将第二电感等效为第二分离电感一和第二分离电感二；