本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，具體涉及無(wú)線充電技術(shù)，更具體地，涉及一種無(wú)線電能傳輸電路、無(wú)線電能發(fā)射端和無(wú)線電能接收端。

背景技術(shù)：

無(wú)線供電技術(shù)可以以無(wú)線方式在電子設(shè)備之間傳輸電能，因而廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和其它類型的電子產(chǎn)品中。無(wú)線供電技術(shù)通常通過(guò)發(fā)射側(cè)線圈和接收側(cè)線圈的相互電磁耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸。其中，磁共振型無(wú)線供電方法可以以無(wú)線方式向相距一定距離的接收端高效提供電能。在該方法中，電能發(fā)射端和電能接收端都配備有由線圈和電容組成的諧振電路，它允許電場(chǎng)和磁場(chǎng)在兩個(gè)電路之間諧振，以無(wú)線傳輸電能。

如圖1所示，現(xiàn)有的無(wú)線電能發(fā)射電路通常采用線圈ls和電容cs串聯(lián)來(lái)形成lc諧振電路，lc諧振電路在預(yù)定的工作角頻率ω0諧振，使得無(wú)線電能發(fā)射電路的阻抗為零(也即，)，從而能以較高的傳輸效率進(jìn)行電能發(fā)射。

但是，為了在供電時(shí)基于無(wú)線電能接收端更大的位置自由度或同時(shí)耦合多個(gè)無(wú)線電能接收端進(jìn)行供電，通常會(huì)增加發(fā)射線圈ls或接收線圈ld的尺寸和感值，以提高發(fā)射和接收線圈的耦合。這會(huì)導(dǎo)致線圈匝數(shù)和面積的增加，進(jìn)而增加線圈的對(duì)大地寄生電容cp＝εs/d，其中，ε為介電常數(shù)，s為線圈的面積，d為線圈與地之間的距離。同時(shí)，如圖2所示，由于寄生電容c1-cn的存在，線圈上的跳變電壓容易通過(guò)寄生電容形成對(duì)地共模電流icm，icm＝cpdv/dt，引起傳導(dǎo)電磁干擾(emi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本公開(kāi)提供一種無(wú)線電能傳輸電路、無(wú)線電能發(fā)射端和無(wú)線電能接收端，以在增大線圈尺寸或匝數(shù)的同時(shí)有效抑制對(duì)地共模電流。

第一方面，提供一種無(wú)線電能傳輸電路，包括：

線圈；

第一電容，串聯(lián)連接在所述線圈的第一端；以及

第二電容，串聯(lián)連接在所述線圈的第二端；

其中，所述第一電容、第二電容與所述線圈在預(yù)定的工作頻率諧振。

進(jìn)一步地，所述第一電容與所述第二電容的電容值比例被設(shè)置為使得線圈的對(duì)地共模電流最小化。

進(jìn)一步地，所述第一電容與所述第二電容的電容值相等。

進(jìn)一步地，所述第一電容和第二電容的電容值比例與所述線圈的繞制形狀匹配。

進(jìn)一步地，所述第一電容和所述第二電容的電容值被配置為使得串聯(lián)后的等效電容值與所述線圈的電感值在所述工作頻率諧振。

進(jìn)一步地，所述無(wú)線電能傳輸電路為無(wú)線電能發(fā)射電路或無(wú)線電能接收電路。

第二方面，提供一種無(wú)線電能發(fā)射端，適于以無(wú)線方式發(fā)射電能，其中，所述無(wú)線電能發(fā)射端包括如上所述的無(wú)線電能傳輸電路。

第三方面，提供一種無(wú)線電能接收端，適于以無(wú)線方式接收電能，其中，所述無(wú)線電能接收端包括如上所述的無(wú)線電能傳輸電路。

通過(guò)將諧振電路中的電容分為兩個(gè)，并分別以串聯(lián)方式設(shè)置于線圈的兩端，使得線圈上的電壓基本對(duì)稱分布，一部分對(duì)地共模電流由線圈流向地，同時(shí)，另一部分對(duì)地共模電流由地流向線圈，從而相互抵消，抑制總的對(duì)地共模電流。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線電能發(fā)射電路的電路圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線電能發(fā)射電路的等效電路圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線電能發(fā)射電路的等效電路圖；

圖4是本公開(kāi)實(shí)施例的無(wú)線電能發(fā)射電路的電路圖；

圖5是本公開(kāi)實(shí)施例的無(wú)線電能發(fā)射電路的等效電路圖；

圖6是本公開(kāi)實(shí)施例的無(wú)線電能發(fā)射電路的示意圖；

圖7是本公開(kāi)實(shí)施例涉及的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本公開(kāi)并不僅僅限于這些實(shí)施例。本公開(kāi)涵蓋任何在本公開(kāi)的本質(zhì)和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對(duì)本公開(kāi)有徹底的了解，在以下本公開(kāi)優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明了具體的細(xì)節(jié)，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本公開(kāi)。

在權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)其后所列裝置的限制。它不排除其他元件或者步驟。因此，表述“一種器件包括裝置a和b”的范圍應(yīng)當(dāng)不限于只包括部件a和b的器件。它意味著針對(duì)本公開(kāi)，該器件的相關(guān)部件是a和b。

此外，在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等用于在類似的元件之間進(jìn)行區(qū)分，不一定用于描述順序或者時(shí)序。應(yīng)當(dāng)理解，這樣使用的術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)?shù)那闆r下是可以互換的，并且在此描述的本公開(kāi)的實(shí)施例能夠在不同于在此描述或者說(shuō)明的順序下運(yùn)行。

應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件被稱為與另一個(gè)元件“連接”或“耦接”時(shí)，它可以與另一個(gè)元件直接連接或耦接，或者可以存在中間元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為與另一個(gè)元件上“直接連接”、“直接耦接”時(shí)，不存在中間元件。用于描述元件之間的關(guān)系的其他詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)用相同的方式進(jìn)行理解(即，“...與...之間”與“...與...直接之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線電能發(fā)射電路的等效電路圖。如圖3所示，在現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線電能發(fā)射電路中，由于電容cs和發(fā)射線圈ls在頻率f0諧振，這使得線圈中流過(guò)的電流is＝i1·sin(ω0)時(shí)，電容cs上的電壓vc滿足：

同時(shí)，線圈ls上的電壓vl滿足：

也即，vc和vl幅值相同相位相反，這使得無(wú)線電能發(fā)射電路兩端的總電壓為零。線圈ls上的高頻交變電壓通過(guò)每一匝線圈或每一段線圈可以經(jīng)由等效的對(duì)地寄生電容c0，c1，…，cn-1，cn產(chǎn)生n個(gè)對(duì)地共模電流icm0至icmn。由于在同一時(shí)刻，線圈ls上的電壓分布并不是對(duì)稱的。因此，總的共模電流icm滿足：

icm＝icm0+icm1+…+icmn

不為零的共模電流icm會(huì)導(dǎo)致傳導(dǎo)電磁干擾。

圖4是本公開(kāi)實(shí)施例的無(wú)線電能發(fā)射電路的電路圖。如圖4所示，本實(shí)施例的無(wú)線電能發(fā)射電路1包括線圈ls、第一電容cs1和第二電容cs2。其中，第一電容cs1串聯(lián)連接在線圈ls的第一端，第二電容cs串聯(lián)連接在線圈ls的第二端。第一電容cs1、第二電容cs2和線圈ls共同構(gòu)成一個(gè)clc諧振電路，在預(yù)定的工作頻率f0諧振。也即，第一電容cs1、第二電容cs2和線圈ls滿足：

其中，ω0為工作頻率f0對(duì)應(yīng)的角頻率。由此，無(wú)線電能發(fā)射電路1在工作頻率f0阻抗為零，從而能以較高的效率發(fā)射電能。

圖5是本公開(kāi)實(shí)施例的無(wú)線電能發(fā)射電路的等效電路圖。如圖5所示，在本實(shí)施例中，以第一電容cs1和第二電容cs2的電容值相等為例進(jìn)行說(shuō)明。在圖5中，線圈ls的等效電路關(guān)于其中心對(duì)稱。由于無(wú)線電能發(fā)射電路1的阻抗為零，則電路兩端的電壓為零。因此，在線圈ls上的電壓分布也完全對(duì)稱。也即，在0點(diǎn)處的電壓與在n點(diǎn)處的電壓對(duì)稱，vn＝-v0，vn-1＝-v1，……，以此類推。由此，在0點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

同時(shí)，在對(duì)應(yīng)的n點(diǎn)處的對(duì)地共模電流滿足：

在c0與cn相等時(shí)，icm0＝-icmn。

由此，可以使得電流icm0和icmn形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。同理，電流icm1和icmn-1幅值相同，方向相反，自己形成一個(gè)閉合回路，不會(huì)形成共模電流流入大地。由此，使得一部分對(duì)地共模電流由線圈流向地，同時(shí)，另一部分對(duì)地共模電流由地流向線圈，整體的共模電流滿足：

icm＝icm0+icm1+…+icmn＝0

由此，形成多個(gè)閉合回路，使得減少流入地的共模電流，從而達(dá)到抑制對(duì)地共模電流的目的。

圖6是本公開(kāi)實(shí)施例的無(wú)線電能發(fā)射電路的示意圖。如圖6所示，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下，通常會(huì)采用平面螺旋線方式來(lái)形成所述線圈以使得線圈盡可能扁平化。第一電容cs1和第二電容cs2分別串聯(lián)設(shè)置在線圈的兩個(gè)引出端形成諧振電路。線圈ls的扁平化可以使得無(wú)線電能傳輸電路可以適用于各種便攜式電子設(shè)備。如圖6所示，由于線圈從外向內(nèi)繞制，使得線圈的各段并不是中心對(duì)稱的。因此，線圈的整體分布并不對(duì)稱，進(jìn)而使得不同位置的寄生電容分布也并不是完全對(duì)稱的。此時(shí)，可以配置第一電容cs1和第二電容cs2的電容值，通過(guò)調(diào)整兩者的比例，使得線圈ls上的電壓分布盡可能地與寄生電容的分布相匹配(也即，與線圈的形狀相匹配)，調(diào)節(jié)不同段的對(duì)地共模電流以最小化對(duì)地共模電流。

當(dāng)然，如果線圈是對(duì)稱形式的，那么通過(guò)設(shè)置使得第一電容cs1和第二電容cs2的電容值相等，理論上可以使得對(duì)地共模電流為零。

由此，本實(shí)施例通過(guò)將諧振電路中的電容分為兩個(gè)，并分別以串聯(lián)方式設(shè)置于線圈的兩端，使得一部分對(duì)地共模電流由線圈流向地，同時(shí)，另一部分對(duì)地共模電流由地流向線圈，從而相互抵消，抑制總的對(duì)地共模電流。

進(jìn)一步地，圖4所示的無(wú)線電能發(fā)射電路1的電路結(jié)構(gòu)也可以適用于無(wú)線電能接收電路2，基于相同的原理在增大無(wú)線電能接收電路的接收面積的同時(shí)抑制無(wú)線電能接收電路中的對(duì)地共模電流。

圖7是本公開(kāi)實(shí)施例涉及的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的示意圖。如圖7所示，所述系統(tǒng)包括無(wú)線電能發(fā)射端a和無(wú)線電能接收端b。其中，無(wú)線電能發(fā)射端a包括無(wú)線電能發(fā)射電路1。無(wú)線電能接收端b包括無(wú)線電能接收電路2。具體地，無(wú)線電能接收電路2包括第一電容cd1、第二電容cd2和線圈ld。與圖4類似，第一電容cd1和第二電容cd2分別串聯(lián)連接在線圈ld的兩端以形成基本對(duì)稱的電路結(jié)構(gòu)，從而使得無(wú)線電能接收電路2在頻率f0諧振時(shí)，線圈ld上的電壓基本對(duì)稱分布，不同位置的寄生電容形成電流回路，流過(guò)寄生電容的共模電流相互抵消，使得總的對(duì)地共模電流最小化。在圖7中，無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)線電能發(fā)射電路1和無(wú)線電能接收電路2均采用本公開(kāi)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)。應(yīng)理解，在其它的應(yīng)用場(chǎng)景下，也可以僅僅無(wú)線電能發(fā)射電路1采用本公開(kāi)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)或僅僅無(wú)線電能接收電路2采用本公開(kāi)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)。無(wú)線電能發(fā)射端a還可以包括逆變電路3和控制電路4。逆變電路3用于將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為工作頻率的高頻交流電，控制電路4用于控制所述逆變電路3。無(wú)線電能接收端b還可以包括整流電路5和控制電路6。整流電路5用于將無(wú)線電能接收電路接收的高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出。控制電路6用于控制所述整流電路。

以上描述是本公開(kāi)實(shí)施例的描述。在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，可以實(shí)現(xiàn)各種變更和改變。本公開(kāi)是出于說(shuō)明性目的提出的，并且不應(yīng)被解釋為本公開(kāi)的所有實(shí)施例的排他性描述，或使本公開(kāi)的范圍局限于結(jié)合這些實(shí)施例所說(shuō)明和所描述的特定元件。在沒(méi)有限制的情況下，可以用提供基本上類似功能或以其他方式提供充分操作的替換元件來(lái)代替所描述的發(fā)明的任何一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)元件。這包括目前已知的替換元件，諸如本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)前可能已知的那些，以及可能在未來(lái)開(kāi)發(fā)的替換元件，諸如本領(lǐng)域的技術(shù)人員在開(kāi)發(fā)時(shí)可能承認(rèn)為替換的那些。