無線充電的發(fā)送裝置、無線充電系統(tǒng)及無線充電控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無線充電的發(fā)送裝置、無線充電系統(tǒng)及其充電控制方法，發(fā)送裝置包括：發(fā)射線圈，用于發(fā)射發(fā)送裝置的電能；振蕩及調(diào)頻模塊，用于發(fā)射線圈產(chǎn)生LC諧振，及調(diào)節(jié)LC諧振中電容值以改變LC諧振的諧振頻率；發(fā)射端采樣模塊，采集發(fā)送裝置的電壓及電流；第一控制模塊，根據(jù)預(yù)定調(diào)頻方式控制調(diào)節(jié)振蕩及調(diào)頻模塊中LC諧振的諧振頻率，并根據(jù)采集到的發(fā)送裝置的電壓、電流和接收裝置的電壓及電流穩(wěn)定最高充電效率對應(yīng)的諧振頻率及控制充電的能量發(fā)送過程；第一通信模塊，用于發(fā)送裝置與接收裝置之間數(shù)據(jù)的無線通信；及電源模塊。該發(fā)送裝置、充電系統(tǒng)及充電控制方法能實現(xiàn)調(diào)節(jié)LC諧振的諧振頻率，從而具有提高充電系統(tǒng)的充電效率的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】無線充電的發(fā)送裝置、無線充電系統(tǒng)及無線充電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線充電領(lǐng)域，尤其涉及一種無線充電的發(fā)送裝置、無線充電系統(tǒng)、及其無線充電控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，移動終端的應(yīng)用范圍越來越廣泛，其具有強(qiáng)大的功能及極好的便利性，例如手機(jī)、IPAD、充電式3D眼鏡，其具有豐富的娛樂性，可以看電視、上網(wǎng)、唱歌等等。在使用移動終端的過程中，由于電池容量的局限性，電池的電量很快就會被用完，例如目前受到用戶熱烈追捧的帶有安卓系統(tǒng)的手機(jī)的電池的續(xù)航能力相對較差，需要頻繁的充電，所以需要經(jīng)常帶上備用電池或有線充電器。很多移動終端需要隨身攜帶有線的充電器來給電池充電，而有線充電器由于帶有線而比較繁瑣，更為甚者的是，不同的移動終端經(jīng)常需要特定的不同型號的充電器才能充電，因此，許多用戶例如出差的人經(jīng)常要帶上手機(jī)、電腦、剃須刀等移動終端的充電器，種類繁多的復(fù)雜的有線充電器給消費(fèi)者的使用帶來極大的不便。
[0003]所以，能讓消費(fèi)者減少電線的束縛及數(shù)量眾多的充電器的繁瑣的無線充電器得到了消費(fèi)者的青睞，其具有較好的市場前景。無線充電器主要利用電磁感應(yīng)原理，參見圖1，其為現(xiàn)有技術(shù)中無線充電系統(tǒng)的原理框圖，在無線充電裝置中設(shè)置有發(fā)送線圈用于將電源的能量發(fā)送出去，在待充電的移動終端中設(shè)置有接收線圈，通過在發(fā)送線圈中施加變化的電流以產(chǎn)生變化的電磁場，則變化的電磁場耦合到接收線圈，于是接收線圈中產(chǎn)生了充電電流，從而實現(xiàn)對移動終端的無線充電。
[0004]但是，本發(fā)明的發(fā)明人在對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行研究及實踐過程中發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有無線充電的發(fā)送裝置的充電狀態(tài)會受到無線充電的發(fā)送裝置自身及其外界的影響，以致其充電效率較低。例如一個發(fā)送裝置可以應(yīng)用于多種形式的接收裝置，當(dāng)接收裝置與發(fā)送裝置的相對位置發(fā)生改變時，其均會使發(fā)送裝置與接收裝置的充電效率發(fā)生改變，發(fā)送裝置發(fā)射出去的電能可能會被反射或者部分以 線圈發(fā)熱的形式損失掉。所以，目前無線充電系統(tǒng)存在較多能量浪費(fèi)，其充電效率普遍較低。
[0005]可以理解的是，本部分的陳述僅僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，可能構(gòu)成或不構(gòu)成所謂的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中無線充電系統(tǒng)的充電效率較低的缺陷，提供一種可以反饋充電狀態(tài)并可調(diào)節(jié)諧振頻率以提高充電效率的無線充電的發(fā)送
>J-U ρ?α裝直。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種無線充電的發(fā)送裝置，其主要包括:
發(fā)射線圈，用于發(fā)射發(fā)送裝置的電能；
振蕩及調(diào)頻模塊，用于發(fā)射線圈產(chǎn)生LC諧振，及調(diào)節(jié)LC諧振中電容值以改變LC諧振的諧振頻率；
發(fā)射端采樣模塊，用于采集所述發(fā)送裝置的電壓及電流；
第一控制模塊，用于根據(jù)預(yù)定調(diào)頻方式控制調(diào)節(jié)所述振蕩及調(diào)頻模塊中LC諧振的諧振頻率，并根據(jù)采集到的發(fā)送裝置的電壓、電流和接收裝置的電壓及電流穩(wěn)定最高充電效率對應(yīng)的諧振頻率及控制充電的能量發(fā)送過程。
[0008]第一通信模塊，用于發(fā)送裝置與接收裝置之間數(shù)據(jù)的無線通信；
電源模塊，用于給所述發(fā)送裝置提供所需的驅(qū)動電源。
[0009]在上述無線充電的發(fā)送裝置中，所述第一控制模塊包括:
轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊，用于將采集到的發(fā)送裝置及接收裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)計算充電效率，及比較出所有的充電效率中的最高充電效率；
存儲模塊，用于存儲上述充電效率及該充電效率對應(yīng)的電容值；
第一單片機(jī)，用于根據(jù)預(yù)定調(diào)頻方式控制上述振蕩及調(diào)頻模塊中的諧振頻率并使振蕩及調(diào)頻模塊穩(wěn)定輸出最高充電效率對應(yīng)的電容值，及控制充電的能量發(fā)送過程。
[0010]在上述無線充電的發(fā)送裝置中，所述控制充電的能量發(fā)送過程包括:控制提供各模塊所需的驅(qū)動電源，及控制能量發(fā)送的啟停。
[0011]在上述無線充電的發(fā)送裝置中，所述預(yù)定調(diào)頻方式是指在110KHZ-205KHZ的區(qū)間內(nèi)以110KHZ的諧振頻率為基準(zhǔn)，并以1%至1.5%的增速遞增諧振頻率。
[0012]在上述無線充電的發(fā)送裝置中，所述振蕩及調(diào)頻模塊包括:
可調(diào)電容模塊，用于提供可調(diào)節(jié)的電容并與所述發(fā)射線圈產(chǎn)生LC諧振；
逆變模塊，用于對上述電源模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為供可調(diào)電容模塊與發(fā)射線圈進(jìn)行諧振的交流電；
第二控制模塊，用于根據(jù)所述第一控制模塊輸出的控制信號調(diào)節(jié)所述可調(diào)電容模塊的電容及控制逆變模塊的逆變。
[0013]在上述無線充電的發(fā)送裝置中，所述可調(diào)電容模塊為多個電容組成的電容矩陣。
[0014]在上述無線充電的發(fā)送裝置中，所述第二控制模塊包括:
開關(guān)矩陣，用于對應(yīng)的控制上述電容矩陣中電容是否被接入電路；
脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)第一控制模塊輸出的控制信號提供逆變模塊所需的脈沖信號以驅(qū)動逆變模塊；
第二單片機(jī)，根據(jù)第一控制模塊輸出的控制信號控制脈寬調(diào)制電路的工作、及控制開關(guān)矩陣中每個開關(guān)的通斷。
[0015]為了更好的解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種無線充電系統(tǒng)，包括發(fā)送裝置及接收裝置，所述接收裝置包括:
接收線圈，用于與發(fā)送裝置中發(fā)射線圈進(jìn)行電磁感應(yīng)耦合；
整流及通信模塊，用于將接收線圈接收到的交流電整流為直流電后給充電負(fù)載充電、及與發(fā)送裝置進(jìn)行無線通信；
接收端采樣模塊，用于采集所述接收裝置的電壓及電流；
所述發(fā)送裝置為上述發(fā)送裝置。
[0016]為了更好的解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種無線充電系統(tǒng)的充電控制方法，其依次包括以下步驟: 51、以一基準(zhǔn)頻率啟動充電過程；
52、在預(yù)定的諧振頻率范圍內(nèi)，按照預(yù)定調(diào)頻方式控制LC諧振中電容值以調(diào)節(jié)振蕩及調(diào)頻模塊中LC諧振的諧振頻率、并采集該電容值下發(fā)送裝置的電壓、電流、和接收裝置的電壓及電流；
53、根據(jù)上述采集到的數(shù)據(jù)處理得出最高充電效率及最高充電效率對應(yīng)的最優(yōu)電容
值；
54、控制使振蕩及調(diào)頻模塊穩(wěn)定輸出上述最優(yōu)電容值，以穩(wěn)定LC諧振頻率。
[0017]本發(fā)明提供的無線充電的發(fā)送裝置，其通過第一控制模塊控制振蕩及調(diào)頻模塊中的電容值以改變LC諧振頻率，并通過發(fā)射端采樣模塊動態(tài)采集發(fā)送裝置的電壓電流，且根據(jù)無線傳輸來的接收裝置的電壓電流得出充電效率，然后通過第一控制模塊得出在預(yù)定的諧振頻率范圍內(nèi)的最高充電效率、及其最優(yōu)電容值，從而將振蕩及調(diào)頻模塊穩(wěn)定工作在該最聞充電效率狀態(tài)下，進(jìn)而能大大提聞無線充電系統(tǒng)的充電效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的無線充電系統(tǒng)的原理框圖；
圖2是本發(fā)明提供的無線充電系統(tǒng)的發(fā)送裝置的原理框圖；
圖3是本發(fā)明實施例提供的無線充電系統(tǒng)的原理框圖；
圖4是本發(fā)明一優(yōu)選實施例提供的無線充電系統(tǒng)的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖5是本發(fā)明一優(yōu)選實施例提供的無線充電系統(tǒng)的接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖6是本發(fā)明一優(yōu)選實施例提供的無線充電系統(tǒng)的第一控制模塊及其外圍的結(jié)構(gòu)框
圖；
圖7是本發(fā)明實施例提供的無線充電系統(tǒng)中振蕩及調(diào)頻模塊的原理框圖；
圖8是本發(fā)明實施例提供的無線充電系統(tǒng)中振蕩及調(diào)頻模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9是本發(fā)明提供的無線充電系統(tǒng)的充電控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]本發(fā)明提供的無線充電的發(fā)送裝置主要通過第一控制模塊結(jié)合對振蕩及調(diào)頻模塊的控制來改變LC諧振頻率以使發(fā)送裝置發(fā)射的能量能更好的被利用起來，進(jìn)而提高了充電效率。
[0021]參見圖2至圖8所示，本發(fā)明提供的無線充電的發(fā)送裝置包括:用于發(fā)射發(fā)送裝置的電能的發(fā)射線圈6、用于調(diào)節(jié)LC諧振的諧振頻率并使發(fā)射線圈6產(chǎn)生LC諧振的振蕩及調(diào)頻模塊5、用于采集發(fā)送裝置的電壓及電流的發(fā)射端采樣模塊2、用于發(fā)送裝置與接收裝置之間數(shù)據(jù)的無線通信的第一通信模塊4、用于提供發(fā)送裝置中各模塊所需的驅(qū)動電源的電源模塊1，還包括對整個發(fā)送裝置進(jìn)行控制的第一控制模塊3。第一控制模塊3連接于發(fā)射端采樣模塊2與振蕩及調(diào)頻模塊5之間，其用于根據(jù)預(yù)定調(diào)頻方式控制調(diào)節(jié)振蕩及調(diào)頻模塊5中LC諧振的諧振頻率、并根據(jù)發(fā)射端采樣模塊2采集到的發(fā)送裝置及接收裝置的電壓電流來穩(wěn)定振蕩及調(diào)頻模塊5的諧振狀態(tài)，使振蕩及調(diào)頻模塊5改變LC諧振頻率至最佳狀態(tài)，從LC諧振出的電能可以最有效的通過發(fā)射線圈6發(fā)射給接收裝置。具體而言，第一控制模塊3按照預(yù)定的調(diào)頻方式改變LC諧振的諧振頻率，并采集發(fā)送裝置及接收裝置的工作狀態(tài)信息，第一控制模塊3根據(jù)采集到的發(fā)送裝置的信息得出發(fā)送裝置的輸出功率，根據(jù)采集到的接收裝置的信息得出接收裝置的輸入功率、進(jìn)而得出充電效率，其中，最高充電效率對應(yīng)的諧振頻率即最優(yōu)諧振頻率，第一控制模塊3向振蕩及調(diào)頻模塊5發(fā)出控制信息，以使振蕩及調(diào)頻模塊5中的諧振頻率調(diào)節(jié)至與上述最優(yōu)諧振頻率相同。從而使振蕩及調(diào)頻模塊5穩(wěn)定在該最優(yōu)諧振頻率即可使發(fā)送裝置發(fā)射的電能最有效的被接收裝置接收到，從而使無線充電系統(tǒng)保持于最高的充電效率狀態(tài)。
[0022]在具體實施中，參照圖7，振蕩及調(diào)頻模塊5可以包括:可調(diào)電容模塊20、逆變模塊22及第二控制模塊21?？烧{(diào)電容模塊20的電容可以調(diào)節(jié)，當(dāng)電容調(diào)節(jié)到所需的電容值時，電容與發(fā)射線圈6構(gòu)成的LC諧振頻率即可使發(fā)送裝置工作于最優(yōu)諧振頻率，從而LC諧振后的能量能被發(fā)射線圈6更有效的發(fā)射出去。逆變模塊22，用于對上述電源模塊I輸出的直流電轉(zhuǎn)換為供可調(diào)電容模塊20與發(fā)射線圈6進(jìn)行諧振的交流電。第二控制模塊21受控于第一控制模塊3的指令來調(diào)節(jié)可調(diào)電容模塊20的電容值和逆變模塊22的逆變過程。
[0023]優(yōu)選地，可調(diào)電容模塊20為多個電容組成的電容矩陣；第二控制模塊包括:開關(guān)矩陣、脈寬調(diào)制模塊及第二單片機(jī)。開關(guān)矩陣中的開關(guān)與上述電容矩陣中的電容一一對應(yīng)，以便控制電容矩陣中的每個電容是否被接入電路，即其通過控制哪些電容被接入電路來決定可調(diào)電容模塊20最終的電容值；脈寬調(diào)制模塊用于提供逆變模塊22所需的脈沖信號以驅(qū)動逆變模塊22。第二單片機(jī)根據(jù)第一控制模塊3輸出的控制信號控制脈寬調(diào)制模塊的工作、及控制開關(guān)矩陣中哪些開關(guān)閉合或斷開，其主要通過程序控制實現(xiàn)。脈寬調(diào)制模塊及逆變模塊22為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，在此不再贅述。
[0024]第一控制模塊3包括轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊、存儲模塊及第一單片機(jī)。其中，轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊將發(fā)送裝置及接收裝置采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)上述采集到的數(shù)據(jù)計算出發(fā)送裝置的輸出功率、接收裝置的輸入功率、充電系統(tǒng)的充電效率(即輸入功率與輸出功率的比值)、及比較計算出充電效率中的最高充電效率。存儲模塊至少記錄計算出的充電效率及該充電效率對應(yīng)的LC諧振中的電容值。第一單片機(jī)，其調(diào)節(jié)改變振蕩及調(diào)頻模塊5中LC諧振的諧振頻率、當(dāng)獲取到最高充電效率對應(yīng)的電容值時，控制使振蕩及調(diào)頻模塊5穩(wěn)定輸出該電容值，以穩(wěn)定諧振頻率。同時，第一單片機(jī)還控制整個充電的能量發(fā)送過程。例如，控制提供各模塊所需的驅(qū)動電源，及控制能量發(fā)送的啟停。其可控制電源模塊I中電源的轉(zhuǎn)換及逆變模塊22的電源轉(zhuǎn)換。優(yōu)選地，第一單片機(jī)還可連接IXD顯示模塊及上位機(jī)以更好的監(jiān)視控制充電過程。
[0025]值得說明的是，由于逆變模塊22輸出的交流電直接用于使發(fā)射線圈6與可調(diào)電容模塊20中電容發(fā)生LC諧振，所以，只有當(dāng)諧振頻率最接近逆變模塊22輸出的頻率(即發(fā)射線圈6的發(fā)射頻率或稱充電頻率)時，才能保證相同狀態(tài)的發(fā)送裝置及接受裝置的情況下充電效率的最大化。例如，在具體實施中，無線充電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定充電頻率必須為110-205KHZ，所以，本發(fā)明一邊調(diào)頻(即調(diào)整諧振頻率)一邊采集該諧振頻率下的充電效率，本發(fā)明使振蕩及調(diào)頻模塊5中諧振頻率在110-205KHZ的范圍內(nèi)進(jìn)行改變，找出諧振頻率在什么時候能保證充電效率最高。優(yōu)選地，改變振蕩及調(diào)頻模塊5中諧振頻率時，先以110KHZ的諧振頻率為基準(zhǔn)，使振蕩及調(diào)頻模塊5中諧振頻率為110KHZ，并記錄該狀態(tài)下充電效率。然后，將諧振頻率在IlOKHZ的基礎(chǔ)上以1%至1.5%的范圍遞增至205KHZ。更優(yōu)選地，其以1%的速度遞增至205KHZ，以更快速及準(zhǔn)確的找出最優(yōu)諧振頻率(即最高充電效率下的諧振頻率)。
[0026]本發(fā)明還提供了一種無線充電系統(tǒng)，參見圖3，其包括上述發(fā)送裝置，還包括接收裝置，所述接收裝置包括:接收線圈9，用于與發(fā)送裝置中發(fā)射線圈6進(jìn)行電磁感應(yīng)耦合；整流及通信模塊8，用于將接收線圈9接收到的交流電整流為直流電后給充電負(fù)載7充電、及與發(fā)送裝置進(jìn)行無線通信；接收端采樣模塊10，用于采集所述接收裝置的電壓及電流。值得說明的是，接收端采樣模塊10可以安裝于接收線圈9處，也可以安裝于充電負(fù)載7處，同理，上述發(fā)射端采樣模塊2可以安裝于發(fā)射線圈6處，也可以安裝于電源模塊I處。由于電源模塊I輸出的電源需要經(jīng)過一系列的處理會存在部分損耗，接收線圈9接收到的電能也會受到一些損耗影響后才提供給充電負(fù)載7充電，所以將發(fā)射端采樣模塊2及接收端采樣模塊10分別安裝于電源模塊I處及充電負(fù)載7處能更好的得出充電系統(tǒng)的充電效率。上述電源模塊I給各個模塊供電，例如給第一單片機(jī)、第二單片機(jī)、及發(fā)射端采樣模塊2提供其所需的直流驅(qū)動電壓，各模塊所需的驅(qū)動電壓不同，電源模塊I包括對例如220V的市電或其它電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換模塊，其為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0027]優(yōu)選地，無線充電系統(tǒng)還提供了對充電過程進(jìn)行保護(hù)的裝置。例如:充電系統(tǒng)還包括設(shè)置于發(fā)送裝置和/或接收裝置上的溫度采集模塊、及用于過溫時停止充電的第一開關(guān)。溫度采集模塊可以為溫度傳感器等常用元件。第一開關(guān)為常閉狀態(tài)，第一控制器將采集到的溫度與單片機(jī)內(nèi)預(yù)定的安全溫度進(jìn)行比較，當(dāng)采集到的溫度超過預(yù)定安全溫度時，第一控制模塊3輸出控制信號將第一開關(guān)斷開，以使振蕩及調(diào)頻模塊5與發(fā)射線圈6斷開。無線充電系統(tǒng)還可包括設(shè)置于整流及通信模塊8與接收線圈9之間的第二開關(guān)，原理同上所述，當(dāng)采集到的接收裝置的電壓或電流超過預(yù)定安全值時(即過充)，第一控制模塊3輸出控制信號將第二開關(guān)斷開。第一開關(guān)及第二開關(guān)起到停止充電以進(jìn)行充電保護(hù)即可，可以理解的是，其安裝位置不局限于上述技術(shù)方案。優(yōu)選地，第一控制模塊3與第一開關(guān)、第二開關(guān)、發(fā)射端采樣模塊2、及接收端采樣模塊10之間均設(shè)置有用于安全隔離的電氣隔離模塊，以保護(hù)充電過程。上述第一開關(guān)、第二開關(guān)、及電氣隔離模塊為本領(lǐng)域常用的元件或裝置，其為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0028]本發(fā)明還提供了無線充電系統(tǒng)的充電控制方法，其主要依次包括以下步驟:
51、啟動充電過程；
52、調(diào)頻及采樣:在預(yù)定的諧振頻率范圍內(nèi)，按照預(yù)定調(diào)頻方式控制LC諧振中電容值以調(diào)節(jié)振蕩及調(diào)頻模塊5中LC諧振的諧振頻率、并采集該電容值下發(fā)送裝置的電壓、電流、和接收裝置的電壓及電流；
目前，在預(yù)定的諧振頻率范圍內(nèi)，主要指按照無線充電標(biāo)準(zhǔn)中充電頻率為110KHZ至205KHZ為一個調(diào)頻及采樣周期，即調(diào)節(jié)諧振頻率使其以一定的比例改變諧振頻率直至110KHZ至205KHZ的頻率范圍均被調(diào)節(jié)輸出過。
[0029]S3、獲取最優(yōu)電容值:根據(jù)上述采集到的數(shù)據(jù)獲取最高充電效率及最高充電效率對應(yīng)的最優(yōu)電容值；
S4、穩(wěn)定LC諧振頻率:控制使振蕩及調(diào)頻模塊5穩(wěn)定輸出上述最優(yōu)電容值，以穩(wěn)定LC諧振頻率。[0030]參見圖9所示實施例來說明本發(fā)明提供的充電控制方法。在該實施例中，預(yù)定調(diào)頻方式可以通過在110KHZ-205KHZ的區(qū)間內(nèi)，以110KHZ的諧振頻率為基準(zhǔn)，并以1%至
1.5%的范圍遞增諧振頻率。其具體充電控制過程如下:首先，通過改變振蕩及調(diào)頻模塊5中LC諧振的電容值，使其諧振頻率為110KHZ時開始充電(該110KHZ即為基準(zhǔn)頻率，其由設(shè)置在第一控制模塊3中的程序設(shè)置)；然后，采集此時發(fā)送裝置的電壓、電流、和接收裝置的電壓及電流，并控制調(diào)節(jié)振蕩及調(diào)頻模塊5中電容值，使LC諧振的頻率為115KHZ并記錄該頻率下發(fā)送裝置的電壓、電流、和接收裝置的電壓及電流，接著再次調(diào)節(jié)諧振頻率為120KHZU25KHZ，按照該遞增速度改變諧振頻率并記錄當(dāng)時的充電狀態(tài)，直至諧振頻率調(diào)節(jié)為205KHZ為一個調(diào)頻及采樣周期；緊接著，根據(jù)采集到的電壓電流得出最高充電效率及最高充電效率對應(yīng)的最優(yōu)電容值，最后固定輸出該最高充電效率下的電容值，從而將充電系統(tǒng)穩(wěn)定在最高充電效率的工作狀態(tài)下。
[0031]由于發(fā)射線圈6的電感值會隨環(huán)境發(fā)生變化，例如將接收裝置置于較遠(yuǎn)距離時，接收線圈9與發(fā)射線圈6直接的耦合會使L值發(fā)生微調(diào)。所以，優(yōu)選地，調(diào)頻是通過調(diào)節(jié)來電容矩陣來改變LC諧振中電容值，進(jìn)而改變LC諧振的諧振頻率，以更精確的調(diào)節(jié)到最優(yōu)充電狀態(tài)。
[0032]在具體實施中，步驟S2還可包括采集發(fā)送裝置和/或接收裝置的溫度，且在步驟S3中判斷是否過溫，如果過溫，則停止充電。例如，當(dāng)?shù)谝豢刂破鳙@取到的溫度超過預(yù)定溫度時，其發(fā)出指令斷開第一開關(guān)。優(yōu)選地，步驟S3還可包括根據(jù)上述采集的數(shù)據(jù)判斷是否過充，如果過充，則停止充電。例如，當(dāng)采集到的接收裝置的電壓或電流超過預(yù)定安全值時，第一控制模塊3輸出指令使第二開關(guān)斷開以停止充電。
[0033]再次結(jié)合圖2至圖8所示的實施例，對本發(fā)明提供的發(fā)送裝置及充電系統(tǒng)的工作原理詳細(xì)說明如下:
如圖4所示，發(fā)射端采樣模塊包括:電流監(jiān)測電路，其由電流檢測電阻Rl和差分放大電路組成；電壓監(jiān)測電路，主要由分壓電阻R2，R3組成分壓網(wǎng)絡(luò)；差分放大電路的輸出端Al通過電氣隔離模塊連接到第一單片機(jī)的AD輸入端Al端口，電壓監(jiān)測電路采集的電壓通過電氣隔離模塊連接到第一單片機(jī)的AD輸入端A2。這樣，可以防止分壓網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)相互干擾，以便得到穩(wěn)定的電壓電流值，根據(jù)該電壓電流值可得出發(fā)送裝置的輸出功率。同理，接收端通過電流監(jiān)測電阻R4及放大器檢測接收端的電流，差分放大電路的輸出端A3通過電氣隔離模塊連接到第一單片機(jī)的AD輸入端A3端口 ；分壓電阻R5，R6組成分壓網(wǎng)絡(luò)，分壓后的電壓通過電氣隔離模塊連接到第一單片機(jī)的AD輸入端A4，根據(jù)檢測到的接收端的電壓電流得出接收端的輸入功率。根據(jù)輸入功率及輸出功率的變化，可以監(jiān)測到無線充電網(wǎng)絡(luò)的充電變化過程。
[0034]通過具體實施例說明發(fā)射端充電調(diào)控策略如下:諧振頻率從IlOkHz?205kHz的頻率區(qū)間中進(jìn)行調(diào)整，在IlOkHz?175kHz頻率區(qū)間時，以110KHZ為基礎(chǔ)，以1%比例遞增諧振頻率，在175kHz?205kHz頻率區(qū)間時，以2%比例遞增諧振頻率。直至一個調(diào)頻及采樣周期完成(即諧振頻率從110KHZ遞增至205KHZ為一個調(diào)頻及采樣周期)，找出最高充電效率時的電容值，控制穩(wěn)定輸出該電容值，以穩(wěn)定諧振頻率。
[0035]綜上所述，本發(fā)明提供的無線充電的發(fā)送裝置及無線充電系統(tǒng)能對不同的充電狀況進(jìn)行調(diào)整，其實時監(jiān)測并智能調(diào)整無線充電策略，使無線充電系統(tǒng)以該系統(tǒng)下的最高充電效率進(jìn)行充電。其采用智能閉環(huán)反饋方式來對充電效率進(jìn)行最優(yōu)化，可以大大提高整個系統(tǒng)的充電效率，此外，其采用過溫及過充保護(hù)，保證了整個充電系統(tǒng)的充電安全。
[0036]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“ 一個實施例”、“ 一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0037]在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無線充電的發(fā)送裝置，其特征在于，包括: 發(fā)射線圈，用于發(fā)射發(fā)送裝置的電能； 振蕩及調(diào)頻模塊，用于發(fā)射線圈產(chǎn)生LC諧振，及調(diào)節(jié)LC諧振中電容值以改變LC諧振的諧振頻率； 發(fā)射端采樣模塊，用于采集所述發(fā)送裝置的電壓及電流； 第一控制模塊，用于根據(jù)預(yù)定調(diào)頻方式控制調(diào)節(jié)所述振蕩及調(diào)頻模塊中LC諧振的諧振頻率，并根據(jù)采集到的發(fā)送裝置的電壓、電流和接收裝置的電壓及電流穩(wěn)定最高充電效率對應(yīng)的諧振頻率及控制充電的能量發(fā)送過程； 第一通信模塊，用于發(fā)送裝置與接收裝置之間數(shù)據(jù)的無線通信； 電源模塊，用于給所述發(fā)送裝置提供所需的驅(qū)動電源。
2.如權(quán)利要求1所述的無線充電的發(fā)送裝置，其特征在于，所述第一控制模塊包括: 轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊，用于將采集到的發(fā)送裝置及接收裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)計算充電效率，及比較出所有的充電效率中的最高充電效率； 存儲模塊，用于存儲上述充電效率及該充電效率對應(yīng)的電容值； 第一單片機(jī)，用于根據(jù)預(yù)定調(diào)頻方式控制上述振蕩及調(diào)頻模塊中的諧振頻率并使振蕩及調(diào)頻模塊穩(wěn)定輸出最高充電效率對應(yīng)的電容值，及控制充電的能量發(fā)送過程。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無線充電的發(fā)送裝置，其特征在于，所述控制充電的能量發(fā)送過程包括:控制提供各模塊所需的驅(qū)動電源，及控制能量發(fā)送的啟停。
4.如權(quán)利要求1或2所述的無線充電的發(fā)送裝置，其特征在于，所述預(yù)定調(diào)頻方式為:在110KHZ-205KHZ的區(qū)間內(nèi)以IlOKHZ的諧振頻率為基準(zhǔn)，并以1%至1.5%的增速遞增諧振頻率。
5.如權(quán)利要求1所述的無線充電的發(fā)送裝置，其特征在于，所述振蕩及調(diào)頻模塊包括: 可調(diào)電容模塊，用于提供可調(diào)節(jié)的電容并與所述發(fā)射線圈產(chǎn)生LC諧振； 逆變模塊，用于對上述電源模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為供可調(diào)電容模塊與發(fā)射線圈進(jìn)行諧振的交流電； 第二控制模塊，用于根據(jù)所述第一控制模塊輸出的控制信號調(diào)節(jié)所述可調(diào)電容模塊的電容及控制逆變模塊的逆變。
6.如權(quán)利要求5所述的無線充電的發(fā)送裝置，其特征在于，所述可調(diào)電容模塊為多個電容組成的電容矩陣。
7.如權(quán)利要求6所述的無線充電的發(fā)送裝置，其特征在于，所述第二控制模塊包括: 開關(guān)矩陣，用于對應(yīng)的控制上述電容矩陣中電容是否被接入電路； 脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)第一控制模塊輸出的控制信號提供逆變模塊所需的脈沖信號以驅(qū)動逆變模塊； 第二單片機(jī)，根據(jù)第一控制模塊輸出的控制信號控制脈寬調(diào)制電路的工作、及控制開關(guān)矩陣中每個開關(guān)的通斷。
8.一種無線充電系統(tǒng)，包括發(fā)送裝置及接收裝置，所述接收裝置包括: 接收線圈，用于與發(fā)送裝置中發(fā)射線圈進(jìn)行電磁感應(yīng)耦合； 整流及通信模塊，用于將接收線圈接收到的交流電整流為直流電后給充電負(fù)載充電，及與發(fā)送裝置進(jìn)行無線通信；接收端采樣模塊，用于采集所述接收裝置的電壓及電流； 其特征在于，所述發(fā)送裝置為上述權(quán)利要求1-7中任一項所述的發(fā)送裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的無線充電系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 設(shè)置于所述發(fā)送裝置和/或接收裝置上的溫度采集模塊 '及 當(dāng)采集到的溫度超過預(yù)定安全溫度時根據(jù)第一控制模塊的控制信號將振蕩及調(diào)頻模塊與發(fā)射線圈斷開的第一開關(guān)。
10.如權(quán)利要求9所述的無線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述整流及通信模塊與接收線圈之間設(shè)置有第二開關(guān)，用于當(dāng)采集到接收裝置的電壓或電流超過預(yù)定安全值時根據(jù)第一控制模塊的控制信號將整流及通信模塊與接收線圈斷開。
11.如權(quán)利要求10所述的無線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制模塊與所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、發(fā)射端采樣模塊、及接收端采樣模塊之間均設(shè)置有用于安全隔離的電氣隔離模塊。
12.一種無線充電系統(tǒng)的充電控制方法，其特征在于，依次包括以下步驟: 51、以一基準(zhǔn)頻率啟 動充電過程； 52、在預(yù)定的諧振頻率 范圍內(nèi)，按照預(yù)定調(diào)頻方式控制LC諧振中電容值以調(diào)節(jié)振蕩及調(diào)頻模塊中LC諧振的諧振頻 率、并采集該電容值下發(fā)送裝置的電壓、電流、和接收裝置的電壓及電流； 53、根據(jù)上述采集到的數(shù)據(jù)處理得出最高充電效率及最高充電效率對應(yīng)的最優(yōu)電容值； 54、控制使振蕩及調(diào)頻模塊穩(wěn)定輸出上述最優(yōu)電容值，以穩(wěn)定LC諧振頻率。
13.如權(quán)利要求12所述的充電控制方法，其特征在于，所述調(diào)頻是通過調(diào)節(jié)電容矩陣來改變LC諧振中電容值，以調(diào)節(jié)LC諧振的諧振頻率。
14.如權(quán)利要求12所述的充電控制方法，其特征在于，所述步驟S2還包括采集發(fā)送裝置和/或接收裝置的溫度，且在步驟S3中判斷是否過溫，如果過溫，則停止充電。
15.如權(quán)利要求12所述的充電控制方法，其特征在于，所述步驟S3還包括根據(jù)上述采集到的接收裝置的電壓及電流判斷是否過充，如果過充，則停止充電。
16.如權(quán)利要求12至15中任一項所述的充電控制方法，其特征在于，所述預(yù)定調(diào)頻方式為:在110KHZ-205KHZ的區(qū)間內(nèi)以110KHZ的諧振頻率為基準(zhǔn)，并以1%至1.5%的增速遞增諧振頻率。
【文檔編號】H02J17/00GK103457362SQ201210180427
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月4日
【發(fā)明者】張新華, 黃河, 周瑩, 楊青春, 蔡信偉, 楊再興, 陳大軍 申請人:比亞迪股份有限公司