电源整流电路、装置的制作方法

1.本技术涉及变换器技术领域，尤其涉及一种电源整流电路。


背景技术：

2.远场电磁耦合充电的电磁波能量产生和接收的效率。远场电磁耦合中的电磁波通常工作在100mhz-1ghz以上，而目前公布的隔空充电更是工作在更高频的毫米波频段(》30ghz)。在这些较高频段产生电磁波的振荡器往往效率较低，即充电器本身消耗的功率远大于充电器发射出去的电磁波功率。目前公布的技术中心中，充电器能产生5w的功率，我们预计在毫米波频段充电器的整体效率在1-10％左右，即充电器本身的耗电很可能在 100w以上。而另一方面，在智能设备端，高频电磁波的整流电路效率通常也会低一些，因此传递给智能设备的5w功率经过整流之后可能只有一小部分用于充电。
3.此外，目前电路时直接大部分都是直接将ac-dc转换电路与dc-dc电路进行连接，其中ac-dc的输出电压可能会出现过压的情况，容易导致 dc-dc电路的电容器被击穿。


技术实现要素：

4.根据申请的一个方面，提供了电源整流电路可以应用于远场电磁耦合。
5.本技术的电源整流电路，ac-dc转换电路、dc-dc转换电路、控制单元、比较器单元以及pwm单元；其中，
6.控制单元，用于连接ac-dc转换电路、dc-dc转换电路以及比较器单元，对所述电源整流电路的输入以及输出信号进行控制处理；
7.比较器单元，用于比较接收的所述ac-dc转换电路的第一输出信号和 dc-dc转换电路的阈值信号，并将比较结果输出至pwm单元；
8.pwm单元，用于接收比较器单元的比较结果，并根据所述比较结果控制占空比，决定导通脉冲的导通宽度或关断脉冲的关断宽度，实现对dc-dc 转换电路的第二输出信号的控制。
9.在一些实施方式中，比较器单元的比较结果为第一电平信号或第二电平信号：当ac-dc转换电路的第一输出信号小于dc-dc转换电路的阈值信号，输出预设第一电平信号；当ac-dc转换电路的第一输出信号大于 dc-dc转换电路的阈值信号，输出预设第二电平信号。
10.在一些实施方式中，ac-dc转换电路包括：整流电路、pfc电路以及采样电路，其中，
11.整流电路，用于将输入的交流电压进行整流；
12.采样电路，用于采样控制单元的输入参数和输出参数；
13.控制单元，用于根据输入参数以及输出参数，控制pfc电路的开启或关闭。
14.在一些实施方式中，还包括整流平滑电路，用于对由pfc电路控制后的电压电流进行平滑，整流平滑电路并联在开关管和电流检测电阻r2的两端，整流平滑电路为由二极管d1以及平滑电容器c1构成的串联电路。
15.在一些实施方式中，ac-dc转换电路包括：采样电路包括输入电压检测电路和电感器电流检测电路，输入电压检测电路设置在整流电路的后级，用于检测从整流电路输入的输入电压；电感器电流检测电路，用于检测在电感器中流过的电流；输出电压检测电路，用于检测整流平滑电路的输出电压。
16.在一些实施方式中，pfc电路包括开关管，开关管并联有同向的体二极管，开关管的栅极电性连接控制单元，开关管的漏极电性连接电感器，开关管的源极通过串联电流检测电阻r2电性连接至控制单元，电流检测电阻r2用于检测流过整流桥电路的输入电流。
17.在一些实施方式中，输入参数包括：输入电压和输入电流；输出参数包括输出电压。
18.在一些实施方式中，第一输出信号为ac-dc转换电路的输出电压，阈值信号为dc-dc转换电路的阈值电压。
19.在一些实施方式中，第一电平信号为高电平，第二电平信号为低电平。
20.在一些实施方式中，dc-dc转换电路包括续流二极管d2、储能电感器l2以及输出滤波电容c2,pwm单元连接续流二极管d2的阴极以及储能电感器l2的一端，储能电感器l2的另一端连接输出滤波电容c2的一端，滤波电容c2的一端连接续流二极管d2的阳极并接地。
21.通过ac-dc转换电路和dc-dc转换电路中加入比较器单元，将输出的比较结果传送到pwm单元，pwm单元根据比较结果控制波形的占空比，从而调整输出电压
22.在一些实施方式中，电源整流电路包括mcu芯片，mcu芯片包括控制单元和比较器单元，mcu芯片可以采集并比较ac-dc转换电路的第一输出信号和dc-dc转换电路的阈值信号，控制pwm占空比，实现对dc-dc 转换电路的第二输出信号的控制。此情况下，控制单元和比较器单元用 mcu芯片代替，完成电压采样和比较，控制pwm占空比，实现输出电压控制。
23.在一些实施方式中，控制单元为dsp，dsp中包括采样电路，完成 ac-dc输出电压信号的峰峰值采样，得到相应采样结果电压与阈值电压比较，根据比较结果，控制pwm占空比，实现对dc-dc输出电压的控制。
24.通过集成化的组件提高系统稳定性，如dsp，完成电压峰峰值的采集；如mcu芯片，完成电压的比较，控制pwm占空比，实现对dc-dc输出电压的控制。
25.在一些实施方式中，电源装置中包括上述多天线阵列和上述电源整流电路，多天线阵列接收空间中的电磁波，然后使用电源整流电路将电磁波能量转化为直流电，用以设备充电。
26.有益效果：提高现有无线电源装置的充电的稳定性和安全性。
27.本技术的有益效果：
28.通过ac-dc转换电路和dc-dc转换电路中加入比较器单元，将输出的比较结果传送到pwm单元，pwm单元根据比较结果控制波形的占空比，从而调整输出电压；因此，当输出电压发生变化时，通过该环路的控制，占空比发生改变，从而维持输出电压的恒定。
附图说明
29.图1为本发明实施方式1的一种电源整流电路。
30.图2为本发明实施方式2的一种电源整流电路。
31.图3为本发明实施方式3的一种电源整流电路。
32.图4为本发明实施方式4的一种电源装置。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。pfc(powerfactorcorrection)电路，是指功率因数校正电路，pwm(pulse-width modulation)电路，是指脉宽调制电路。在本实施例中，pwm采用定频调宽，即开关频率保持恒定，而通过改变在每一个周期内的驱动信号的占空比来达到调制的目的。
35.实施例1
36.如图1所示为本技术提供的电源整流电路，包括ac-dc转换电路1、 dc-dc转换电路3、控制单元2、比较器单元4以及pwm单元5；
37.控制单元2，用于连接ac-dc转换电路1、dc-dc转换电路3以及比较器单元4，对电源整流电路的输入以及输出信号进行控制处理；
38.比较器单元4，用于比较接收的ac-dc转换电路1的第一输出信号和 dc-dc转换电路3的阈值信号，并将比较结果输出至pwm单元5；
39.pwm单元5，用于接收比较器单元4的比较结果，并根据比较结果控制占空比，决定导通脉冲的导通宽度或关断脉冲的关断宽度，实现对dc-dc 转换电路3的第二输出信号的控制。在本实施例中，pwm单元根据比较结果控制波形的占空比，从而调整输出电压，因为输出电压vout＝vin*d,其中 d为占空比、vin为直流电压，因此可以控制输出的电压值。
40.比较器单元4的比较结果为高电平或低电平：当ac-dc转换电路1的输出电压小于dc-dc转换电路3的阈值电压vcc，输出预设低电平；当 ac-dc转换电路的输出电压大于dc-dc转换电路3的阈值电压vcc，输出预设高电平。在本实施例中，事先定义ac-dc转换电路1的输入电压 v1和输出电压v2、dc-dc转换电路的输入电压v3和输出电压v4，它们之间的关系为v1≠v2＝v3≠v4。
41.ac-dc转换电路1包括：整流电路11、pfc电路12以及采样电路，其中，整流电路11，用于将输入的交流电压进行整流；采样电路，用于采样控制单元2的输入参数和输出参数，输入参数包括：输入电压和输入电流，输出参数包括输出电压；控制单元2，用于根据输入参数以及输出参数，控制pfc电路的开启或关闭。具体的，输入电流是指从pfc电路输出至控制单元的电压，输入电压是指输入电压检测电路进行采样的电压；所述输出参数包括输出电压，输出电压是指输出电压检测电路15采用的电压。
42.具体的，整流电路11采用二极管整流桥，二极管整流桥输入侧连接该交流电源，通过二极管整流桥对输入的交流输入电源的交流电压进行全波整流。
43.还包括整流平滑电路13，用于对由pfc电路12控制后的电压电流进行平滑，整流平滑电路13并联在开关管和电流检测电阻r2的两端，整流平滑电路13为由二极管d1以及平滑电容器c1构成的串联电路。
44.二极管整流桥的输出侧的还设置输入电压检测电路14，输入电压检测电路设置在
整流电路的后级，用于检测从整流电路输入的输入电压，输入电压检测电路14采用电压检测电阻器r1，电压检测电阻器r1的一端引脚连接整流桥的正输出端，电压检测电阻器r1的另一端引脚接地，电压检测电阻器r1的中间活动脚连接至控制单元。
45.在本实施例中，还包括电感器电流检测电路16，用于检测在电感器中流过的电流；输出电压检测电路15，用于检测所述整流平滑电路的输出电压，输出电压检测电路15采用电压检测电阻器r3，电压检测电阻器r3的一端引脚连接二极管d1的阴极，电压检测电阻器r3的另一端引脚连接至 pfc电路中电流检测电阻r3的一端，电压检测电阻器r3的中间活动脚连接至控制单元。
46.pfc电路包括开关管q1，开关管q1采用mosfet管，开关管q1并联有同向的体二极管d3,开关管q1串联连接电流检测电阻r2,开关管q1 和电流检测电阻r1的两端并联连接由二极管d1以及平滑电容器c1构成的整流平滑电路13。而通过该电感器l1、开关管q1、二极管d1以及平滑电容器c1构成升压斩波电路。pwm单元调制的是后级的dc-dc电路， pwm单元连接在电阻r3和平滑电容器c1之间。由此，通过控制单元控制pwm控制模块来控制开关管q1的导通或截止。
47.开关管q1的栅极电性连接控制单元，开关管q1的漏极电性连接电感器，开关管q1的源极通过串联电流检测电阻r2电性连接至控制单元，电流检测电阻r2用于检测流过整流桥电路的输入电流。
48.dc-dc转换电路包括续流二极管d2、储能电感器l2以及输出滤波电容c2,pwm单元连接续流二极管d2的阴极以及储能电感器l2的一端，储能电感器l2的另一端连接输出滤波电容c2的一端，滤波电容c2的一端连接续流二极管d2的阳极并接地。
49.在本实施例中，通过在ac-dc整电路中通过控制单元进行开关控制 pfc电路，使得对pfc电路的输入电流的平均值变成与全波整流波形相似的波形，通过流过与输入电压相似波形的输入电流，高次谐波被抑制，功率因数被改善。
50.本技术通过ac-dc转换电路1和dc-dc变压电路3中加入比较器单元4，将输出的比较结果传送到pwm单元5，pwm单元5根据比较结果控制波形的占空比，从而调整输出电压；因此，当输出电压发生变化时，通过该环路的控制，占空比发生改变，从而维持输出电压的恒定。
51.实施例2：
52.参考图2电路结构，电源整流电路包括mcu芯片，所述mcu芯片包括控制单元和比较器单元，mcu芯片作为信号采集和处理的核心，其中控制单元包括模数转换单元、存储单元和接口单元，模数转换单元与采样电路相连，模数转换单元与比较器单元通过接口单元相连，比较器单元还与存储单元相连，通过mcu芯片上的模数转换单元进行ac-dc转换电路的输出电压采集，并通过接口单元传输给比较器单元进行处理，存储单元预存dc-dc转换电路的阈值电压，比较器单元执行比较ac-dc转换电路的输出电压和dc-dc转换电路的阈值电压操作前，可以从存储单元获取 dc-dc转换电路的阈值电压。
53.比较结果为高电平或低电平：当ac-dc转换电路1的输出电压小于 dc-dc转换电路3的阈值电压vcc，输出预设低电平；当ac-dc转换电路1的输出电压大于dc-dc转换电路3的阈值电压vcc，输出预设高电平。在本实施例中，事先定义ac-dc转换电路1的输入电压v1和输出电压v2、dc-dc转换电路3的输入电压v3和输出电压v4，它们之间的关系为v1≠v2＝v3
≠v4，控制pwm单元5根据比较结果控制波形的占空比，从而调整输出电压。
54.本技术的控制单元2和比较器单元4可以用mcu芯片代替，完成电压采样和比较，控制pwm占空比，实现输出电压控制，集成化高，系统稳定性大幅提高。
55.实施例3：
56.参考图3电路结构，当控制单元2为dsp，dsp内设adc采样模块，实现对ac-dc转换电路1的输出电压和输出电流的a/d转换，dsp高速的adc模块为比较器单元4的比较提供实时的信号，确保对ac-dc转换电路1的输出电压实时准确跟踪。
57.dsp下溢中断后，对上一个ad采样变换后的电压数据进行存取，并且设定电路电压的采样时基，启动电路电压信号的a/d采样转换，并且同时并行执行ac-dc转换电路1的输出电压和dc-dc转换电路3的阈值电压vcc比较，产生定时器中断匹配后，dsp重新设定电压采样的时基以及对上半执行周期的数据进行存取，结束一轮的ac-dc转换电路1的输出电压数据采集。
58.比较结果为高电平或低电平：当ac-dc转换电路1的输出电压小于 dc-dc转换电路3的阈值电压vcc，输出预设低电平；当ac-dc转换电路1 的输出电压大于dc-dc转换电路3的阈值电压vcc，输出预设高电平。在本实施例中，事先定义ac-dc转换电路1的输入电压v1和输出电压v2、dc-dc 转换电路的输入电压v3和输出电压v4，它们之间的关系为v1≠v2＝v3≠v4，控制pwm单元根据比较结果控制波形的占空比，从而调整输出电压。
59.通过集成化的组件dsp完成ac-dc转换电路1的输出电压的采集，提高系统稳定性和提高时序控制输出电压采集的灵活性。
60.实施例4：
61.参考图4公开了一种电源装置结构图，包括多天线阵列61和电源整流电路62，多天线阵列61接收充电器端产生电磁波以接受能量，并且在之后使用电源整流电路来将电磁波能量转化为直流电为电池充电。远场电磁耦合可以实现的充电距离较远。具体来说，远场电磁耦合技术在充电器端产生一个频率较高的电磁波，并使用天线将能量以电磁波的形式发射到空间中。而在智能设备端，则同样使用天线来接收充电器端产生电磁波以接受能量，并且在之后使用整流器来将电磁波能量转化为直流电为电池充电。由于使用天线发射和接收电磁波，因此远场电磁耦合的充电技术受到距离的限制较小。
62.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
63.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。