感性负载检测电路、电抗补偿装置、功率发射单元及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及无线充电领域，公开了一种感性负载检测电路、电抗补偿装置、无线充电功率发射单元和无线充电系统。本实用新型专利技术中感性负载检测电路，应用于功率放大电路，包括触发电路、波形生成电路和比较器；触发电路与功率放大电路中的第一功率开关管的漏极连接，且该触发电路与该波形生成电路的输入端连接，用于触发控制该波形生成电路生成的波形周期；比较器的第一输入端与该波形生成电路的输出端电连接，该比较器的第二输入端输入预设电压，比较器的输出端输出感性负载检测结果；该预设电压为该感性负载的门限电压。本实施方式使得在功率放大电路中可以快速、准确的检测感性负载，以能够根据检测结果优化无线充电系统的效率，确保功率放大器的安全。

Inductive load detection circuit, reactance compensation device, power transmitting unit and system

The utility model relates to the field of wireless charging, and discloses a perceptual load detection circuit, a reactance compensation device, a wireless charging power transmitting unit and a wireless charging system. The utility model is applied to the inductive load detection circuit, power amplifier circuit, including trigger circuit, waveform generation circuit and comparator; drain connected to the first power switch trigger circuit and power amplifier circuit in the tube, and the trigger circuit and the waveform generation circuit connected to the input end of the trigger, for waveform cycle control waveform the power generating circuit generates a first input end; the output of the comparator and the waveform generation circuit connected to the comparator second input preset voltage, the output of the comparator perceptual load detection results; the preset voltage threshold voltage of the inductive load. This implementation makes it possible to detect inductive load quickly and accurately in power amplifying circuit, so as to optimize the efficiency of wireless charging system and ensure the safety of power amplifier according to the test results.

【技术实现步骤摘要】
感性负载检测电路、电抗补偿装置、功率发射单元及系统
本技术涉及无线充电领域，特别涉及一种感性负载检测电路、电抗补偿装置、功率发射单元及系统。
技术介绍
磁场谐振式无线充电是采用发射线圈和接收线圈之间的磁耦合实现的，基本的无线充电系统中包括功率发射单元(PowerTransmitterUnit，PTU)和功率接收单元(PowerReceivingUnit，PRU)，如图1中所示的无线充电系统框图，其中，PTU包括发射线圈、功率放大电路、匹配网络以及输入阻抗Zin，PRU包括接收线圈、整流单元和直流负载。无线充电系统中PTU和PRU的摆放位置如图2所示。例如无线充电联盟(AllianceforWirelessPower，简称“A4WP”)采用的该技术。由于E类功率放大器的拓扑结构准确且效率高等优势，在磁场谐振式无线充电系统中采用开关式E类功率放大器变得越来越主流。在谐振式无线充电系统中，为了优化整个系统的效率，需保证功率放大器的负载在有限范围内。例如图3为一个E类放大器的安全输入阻抗Zin范围，若输入阻抗Zin超出安全输入阻抗Zin范围，输入阻抗Zin偏向感性或者偏向容性，将导致整个无线充电系统效率的下降，甚至导致元器件的损坏。在谐振式无线充电系统中，输入阻抗的波动范围大，而更长的充电距离、更大的充电范围以及对于不同尺寸设备的兼容，使得输入阻抗Zin的波动范围变得更大，例如，平板电脑或笔记本电脑等。为了减小输入阻抗Zin的波动范围，在发射端线圈和匹配网络之间增加开关电容实现的自动调谐电路，不同的电容组合可以调节输入阻抗Zin回到相对安全的区域。但由于调节范围，调节步长和反应延迟的限制，当在PTU上快速的放入或者移出设备时，输入阻抗Zin仍然可能处于安全范围以外的区域。因此，对功率放大电路进行负载检测是十分必要的。专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，目前通常使用的负载检测方法是利用电压，电流传感器和相位检测器实现的。图4是现有技术利用电压传感器、电流传感器和相位检测器进行的负载检测的电路图，电压传感器和相位检测器电连接在开关式功率放大器和PTU发射线圈之间，并与调谐电路连接。将电压幅度(V),电流幅度(I)，与电流和电压之间的相位φ输入到微控制器的模拟数字转换器中,以确定触发条件。然后，微控制器通过如下公式1～3计算得出负载阻抗：|Z|＝|V|/|I|(1)R＝|Z|·cosφ(2)jX＝j|Z|·sinφ(3)微控制器根据计算出的阻抗虚部jX值来决定自动调谐电路是否需要导通或者关断更多的调谐电容。但是，这种负载检测电路通过微控制器计算相位变化从而控制调谐电路调节电容值，存在延迟，对于可能快速变化的PTU线圈的阻抗虚部而言，检测不准确，不能保证输入阻抗的变化在安全范围内。为了解决微控制器的延迟问题，进而出现了利用功率开关管的漏极峰值电压进行负载检测的电路，但是，通过功率开关管的漏级峰值电压来进行的阻抗虚部偏移的检测，当负载处于容性区域和部分的感性区域时，漏级峰值电压会随着阻抗虚部的值变大而减小；当负载处于感性较大的区域时，漏级电压峰值会随着阻抗虚部的值变大而变大。因此，负载处于一个较大的感性变化区间，漏级电压峰值与阻抗虚部不是单一的变换关系，这会使调谐电路产生错误的操作，从而导致在尺寸大的设备放入或者移出充电区域时损坏功率放大器，利用功率开关管的漏极峰值进行负载检测的电路并不能可靠的对感性负载进行准确的检测，存在一定的安全隐患。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种感性负载检测电路、电抗补偿装置、功率发射单元及系统，使得在功率放大电路中可以快速、准确的检测感性负载，以能够根据检测结果优化无线充电系统的效率，确保功率放大器的安全。为解决上述技术问题，本技术的实施方式提供了一种感性负载检测电路，应用于功率放大电路，包括触发电路、波形生成电路和比较器；触发电路与功率放大电路中的第一功率开关管的漏极连接，且该触发电路与该波形生成电路的输入端连接，用于触发控制该波形生成电路生成的波形周期；该比较器的第一输入端与该波形生成电路的输出端电连接，该比较器的第二输入端输入预设电压，该比较器的输出端输出感性负载检测结果；其中，该预设电压为该感性负载的门限电压。本技术的实施方式还提供了一种电抗偏移补偿装置，包括上述的感性负载检测电路和调谐电路；该感性负载检测电路的输出端与该调谐电路的控制端连接；该调谐电路根据该控制端输入的信号调节电容。本技术的实施方式还提供了一种无线充电功率发射单元，包括上述的电抗偏移补偿装置。本技术的实施方式还提供了一种无线充电系统，包括上述的无线充电功率发射单元。本技术实施方式相对于现有技术而言，提供的感性负载检测电路，将触发电路与功率放大电路中的第一功率开关管的漏极连接，由于功率开关管的漏极电压波形变化与负载变化相关，对感性负载变化敏感，因此，利用波形生成电路生成的、功率放大电路中的功率开关管的漏极电压波形，对感性负载进行检测，检测速度快且准确，同时，由于漏极电压波形与感性负载变化单一，对感性负载检测可靠。触发电路与波形生成电路的输入端连接，使得触发电路可以控制波形生成电路生成波形的周期，提高了负载检测电路的检测负载的灵活性。通过比较器，可以快速输出感性负载检测的结果。该感性负载检测结果用于控制调谐电路对电容值的调节，以能够根据检测结果优化无线充电系统的效率，确保了功率放大电路的安全。另外，触发电路包括：第二功率开关管和至少一个电阻；第二功率开关管的漏极与该电阻连接，该第二功率开关管的源极接地，该第二功率开关管的栅极输入开关信号。通过使用第二功率开关管，使得开关信号可以灵活控制第二功率开关管的导通和截止，同时，增加电阻，分担第二功率开关管的电压，确保第二功率开关管的安全性。另外，波形生成电路包括：积分电路和整流电路；积分电路的输出端与该整流电路的输入端连接；积分电路的输入端与该触发电路连接；该整流电路的输出端与该比较器的第一输入端电连接。通过积分电路对第一功率开关管漏极输出的电压积分，并通过整流电路对积分后的结果进行整流输出直流信号，得到第一功率开关管漏极电压波形，从而使得该漏极电压波形能够表征输入阻抗的阻抗虚部。另外，积分电路采用电阻与电容串联电路。另外，预设电压基于功率放大电路的输入电压得到。通过基于功率放大电路获取预设电压，不需要增加额外的电源设备。另外，比较器的第一输入端电压值高于该比较器的第二输入端电压值，则输出端输出的感性负载检测结果为负载偏感性。通过比较器，可以快速的获取感性负载检测的结果。附图说明图1是根据现有技术的无线充电系统框图；图2是根据现有技术中功率发射单元和功率接收单元的摆放位置图；图3是根据现有技术中的一个E类放大器的安全输入阻抗Zin范围示意图；图4是根据现有技术的负载检测的电路示意图；图5是根据本技术第一实施方式的感性负载检测电路示意图；图6是根据本技术第一实施方式中整流后的积分信号示意图；图7是根据本技术第一实施方式中理想中第一功率开关管漏极电压波形示意图；图8是根据本技术第一实施方式中负载偏容性时第一功率开关管漏极电压波形示意图；图9是根据本技术第一实施方式中负载偏感性时第一功率开关管漏极电压波形示意图；图10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感性负载检测电路，其特征在于，应用于功率放大电路，包括触发电路、波形生成电路和比较器；所述触发电路与所述功率放大电路中的第一功率开关管的漏极连接，且所述触发电路与所述波形生成电路的输入端连接，用于触发控制所述波形生成电路生成的波形周期；所述比较器的第一输入端与所述波形生成电路的输出端电连接，所述比较器的第二输入端输入预设电压，所述比较器的输出端输出感性负载检测结果；其中，所述预设电压为所述感性负载的门限电压。

【技术特征摘要】
1.一种感性负载检测电路，其特征在于，应用于功率放大电路，包括触发电路、波形生成电路和比较器；所述触发电路与所述功率放大电路中的第一功率开关管的漏极连接，且所述触发电路与所述波形生成电路的输入端连接，用于触发控制所述波形生成电路生成的波形周期；所述比较器的第一输入端与所述波形生成电路的输出端电连接，所述比较器的第二输入端输入预设电压，所述比较器的输出端输出感性负载检测结果；其中，所述预设电压为所述感性负载的门限电压。2.根据权利要求1中所述的感性负载检测电路，其特征在于，所述触发电路包括：第二功率开关管和至少一个电阻；所述第二功率开关管的漏极与所述电阻连接，所述第二功率开关管的源极接地，所述第二功率开关管的栅极输入开关信号。3.根据权利要求1至2中任一项所述的感性负载检测电路，其特征在于，所述波形生成电路包括：积分电路和整流电路；所述积分电路的输出端与所述整流电路的输入端连接；所述积分电路的输入端与所述触发电路连接；所述整流电路的输出端与所述比较器的第一输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：林森，
申请(专利权)人：苏州横空电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32