CN100375370C - 可分区控制的电源板 - Google Patents

Abstract

一种可分区控制的电源板，由电源变换模块(6)、负载监测与控制模块(7)和能量发射板(8)组成，其中电源变换模块(6)包括电源变换电路(18)和智能控制电路(13)；负载监测与控制模块(7)包括负载监测电路(25)、负载编码接收电路(23)、发射线圈控制电路(22)和负载信息输出电路(24)；能量发射板(8)包括根据人机工程学观念分布的多分区能量发射线圈(10)和面板。负载放在电源板上，该电源板便可实现由一路导线接入电能，分区域对多个负载以非电气接触方式灵活、安全供电，并具有对负载接入进行甄别和根据其结果控制发射线圈相应地工作的功能，使系统工作于最优模式。

Description

可分区控制的电源板

技术领域

本发明涉及一种非接触电能传输的电源板，具体地说是一种采用感应电能传输技术为各种家用或办公电器以非电气接触方式提供电能的电源板。

背景技术

随着科技的进步和生活水平的提高，家用电器设备和日常办公设备特别是便携设备日益普及，其供电方式基本上都是采用接触式电能直接传导的传输方式。像计算机、台灯等用电设备的电源都是通过导线和插头从电源获取的，另一类像手机、mp3播放器等便携式电器的充电，其连接都需电源线。这种取电方式在操作上存在安全隐患且易于损坏，另外每个桌面用电设备都要一路电源线，使用不方便，且影响了桌面的整洁和美观。

非接触供电方式是通过感应电能传输原理，使电器以非电气接触方式获取电能，但它一般都是对特定的负载供电，也就是一个非接触供电装置发送线圈只有一个，只能对单独的负载供电，当出现多个电器时就需要多个非接触供电装置，这对用户来说既浪费钱财又带来不便(如公开号为CN1674405A、CN1667914A等中国专利)。公开号为CN1604437A的中国专利中虽然谈到了电源发射板采用多线圈组合，但是它只是解决了功率传输和位置关系的问题，且各个线圈都是相同设置的，没有解决不同类型的多负载分区域供电的问题，另外它没有负载监测功能，会对任何带金属外壳的物体供电，负载也要求是多线圈组合这就大大加大了设备的体积和质量，对便携式电器来说也是一种负担。另外，非接触式电源一般采用人工方式进行启动和关闭，即没有负载监测和发射线圈工作模式自动切换的功能，当启动或关闭某一用电设备时，将相应的负载部分的能量发射机构手动启动或关闭。对于不长期工作的负载(如台灯)和便携式移动电器(如手机)共存的情况下，电器更换和开关频繁对采用手动开关的能量发射机构将带来新的问题。另一种常用的方式是使能量发射板发射线圈一直处于负载供电状态，有负载便可以工作，但无负载时这种方式存在能量浪费的问题。虽然中国专利CN1153230C涉及对电器的检测，但只是简单的通过主电路侧的次级线圈和负载的级次线圈感应耦合作用来检测，不能传送携带任何有关负载类型和容量的信号，因此，它只能按着某一种具体的负载容量供电而不能根据不同负载的需要供电，且它没有对负载反馈的信息进行进一步的确认，只要任何含有线圈的物体接近该装置，它都会对物体供电。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提出一种具有对多负载集中供电和分区控制功能的电源板，它能够以非电气接触的方式，将电能传输到负载。

本发明所涉及的可分区控制的电源板，包括电源变换模块6、负载监测与控制模块7和能量发射板8，其中，电源变换模块6包括电源变换电路18和智能控制电路13，根据负载的类型和容量智能控制电路13控制电源变换电路18以最优方式给负载供电；负载监测与控制模块7包括负载监测电路25、负载编码接收电路23、发射线圈控制电路22和负载信息输出电路24，监测面板上有无负载及负载类型，控制分区布置的发射线圈工作于最低功耗待机监测模式或负载供电模式，并将负载信息传送给电源变换电路的智能控制电路13；能量发射板8由根据人机工程学观念分布的多分区能量发射线圈10和面板组成，根据电器负荷和类型，以分区方式设置不同能量发射线圈。

在负载监测与控制模块7中，负载监测电路25含有电流检测模块，通过电流检测模块检测各发射线圈电流参数的变化，由智能模块19判断有无负载接入及其所在位置。

负载监测与控制模块7的负载编码接收电路23包含无线接收模块，用于接收负载以编码形式反馈信息，发射线圈控制电路22根据该信息判断负载的真伪及类型，并控制相应发射线圈工作于最低功耗待机监测模式或负载供电模式。

能量发射板中的发射线圈10根据负载类型和容量的不同由绕制成不同匝数和形状的平行于面板的若干导线圈组成。

能量发射板中发射线圈10根据负载类型和容量的不同由绕制成不同匝数和形状的平行于面板的若干含有磁芯的导线圈组成。

在电源变换模块6中，智能控制电路13含有负载信息接收电路14，通过接收负载信息输出电路24输出的信息，控制电源变换电路18以最优方式为各分区负载供电。

在电源变换模块6中，电源变换电路18将各种不同形式的电源(如市电或蓄电池电源)转换成高频交流电源并通过发射线圈在面板上产生高频磁场。电源变换电路18根据需要可以采用不同方式的DC-AC逆变电路，如全桥、半桥、推挽等逆变电路。电源变换模块6中的智能控制电路13根据负载监测与控制模块7提供的负载反馈信息所需容量和负载类型，通过移相PWM控制方式，控制电源变换电路18给负载提供电能，使系统以最优方式供电。

负载监测与控制模块7主要是完成负载的甄别和控制各发射线圈的工作模式，同时将接收到的负载反馈信息传送给电源变换模块6。具体过程是负载监测电路25通过电流检测模块检测发射线圈电流参数的变化来判定有无负载的介入及其位置，当检测到某一位置有负载接入时，发射线圈控制电路22控制相应位置的发射线圈从最低功耗待机监测模式转换为负载供电模式，同时负载编码接收电路23等待接收负载反馈的信息，若没有接收到负载反馈的信息则判该负载为假负载，立即将该位置的发射线圈复位到最低功耗待机监测模式，并将所检测到的假负载的电流值更新上次的假负载电流值，以后再检测到此电流值系统不响应，当接收到负载反馈信息后，且此信息功率值小于或等于该位置线圈所能提供的最大功率时，将此信息通过负载信息输出电路24传送给电源变换模块6，使其根据此信息以最佳方式给负载供电，反之将该位置线圈复位到最低功耗待机监测模式下。

能量发射板8是在符合人机工程学观念的地方安装多个相应的发射线圈10，各发射线圈通过发射线圈控制电路22独立操作。能量发射板8中各线圈的位置可根据个人对负载摆放位置的习惯进行调整，线圈的形状可以是环形、方形、螺旋形等，其平面与板面平行，线圈根据需要可设置在高频磁芯上，且根据负载功率不同各发射线圈设置的匝数也不同。

本发明所涉及的可分区控制的电源板为用电设备提供了安全、便洁和美观的供电模式，并具有负载甄别和发射板线圈分区供电功能，实现了多电器的集中供电和分区控制，在对于像家用或办公等多电器的供电场合具有很好的市场前景，其负载可以是像电脑、台灯、加热杯等不经常远距离移动的用电设备，也可以是像手机、MP3、笔记本电脑等便携式充电的用电设备。

附图说明

图1是符合人机工程学观念的能量发射板透视图；

图2是可分区控制的电源板电路原理框图

图3是嵌入桌面的电源板的一种实物结构示意图

图4是电源变换模块电路框图

图5是负载监测与控制模块电路框图

图6是能量发射线圈和负载接收线圈常用形式图

图7是可分区控制的电源板工作流程图

图8是电源板与台灯负载实物剖面图

上图中1，2，3，4，5分别为针对台灯，电脑显示设备，音响设备，手机或剃须刀设备，笔记本电脑电器设备供电的各种发射线圈，6电源变换模块，7负载监测与控制模块，8能量发射板，9桌面电器，10分区发射线圈，11桌面底板，12系统总电源接头，13智能控制电路，14负载信息接收电路，15市电接入电路，16整流桥，17调压电路，18电源变换电路，19智能模块，20存储器，21电源模块，22发射线圈控制电路，23负载编码接收电路，24负载信息输出电路，25负载监测电路，26电能拾取机构，27负载编码发送电路，28电源变换电路，29电器开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式描述如下：

图1为电源发射板的一个简单示意图，其中台灯发射线圈1，电脑显示设备发射线圈2，音响设备发射线圈3，手机或剃须刀设备发射线圈4，笔记本电脑发射线圈5放置位置可根据个人习惯调整，符合人机工程学观点，且由图中还可以看出负载设备的容量不同，能量发射线圈10设置不同的匝数。只要负载所需功率小于能量发射机构能够提供的功率，该负载便可在此发射线圈上正常工作，如手机负载便可在电脑显示器的发射线圈上正常工作。

图2是可分区控制的电源板电路原理框图，主要包括电源变换模块6，负载监测控制模块7和能量发射板8。负载监测与控制模块7在甄别负载并控制相应发射线圈工作的同时，将负载信息传送给电源变换模块6，电源变换模块6根据负载信息以最优方式将变换的高频电源传送给能量发射板8，能量发射板8在发射线圈控制电路22控制下在相应的线圈中产生高频磁场将能量以一定的空气间隙非电气接触地传送给负载。

图3给出了本发明一个嵌入桌面电源板的实物结构示意图，图中的桌面底板11是将图2中的电源变换模块6和负载监测与控制模块7封装在一起组成的。能量发射板8根据人机工程学观念设定各个发射线圈的位置，如图1中所示。能量发射板8可以做成活动面板放置在一般桌面上，还可以直接做成该图中所示的嵌入桌面的面板。能量发射线圈10根据需要可以绕制为多种形式，如图6给出了一些常用的发射线圈形状。电源变换电路18可采用全桥、半桥、推挽等方式实现。

图4给出图2中电源变换模块6通常采用的电路框图，市电从市电接入电路15经过整流电路16和调压电路17后，通过电容C1和电感滤波以一等效电流源到达全桥逆变电路。智能控制电路13根据负载信息接收电路14接到的负载信息以PWM和移相方式分别控制调压电路17和逆变电路，使其按负载所需提供电能。全桥逆变电路中的四个开关T1-T4可采用IGBT、MOSFET等电力电子器件，其控制信号由智能控制电路13给出，通过控制全桥开关可以在输出端产生一个等效的高频交流电流源。

图5中智能模块19执行完成负载的甄别和发射线圈分区控制功能的程序，存储器20用来存储不同分区发射线圈最大功率等级值和监测到有负载接入时电流大小和负载位置，当该负载为假负载时则后面监测到有与此相同电流的负载接入时系统不响应，即该位置的发射线圈继续工作于最低功耗待机监测模式，当为真负载时，收到负载信息的功率值大于该位置的发射线圈所能提供的功率，则系统也不响应。电源模块21提供电路板工作电源和各电力电子器件驱动模块的电源。负载监测电路25负责检测负载的接入信息并将该信息交给智能模块19，负载编码接收电路23接收负载反馈的编码信息，负载信息输出电路24将接收到的信息传送给电源变换模块6，分区发射线圈控制电路22按智能控制模块19发出的信号控制发射线圈的工作模式。

电源板的工作流程如图7所示，在步骤#1中发射线圈控制电路22设置各线圈工作在最低功耗待机监测模式下，步骤#2监测负载的接入情况，主要是通过电流检测模块检测发射线圈电流的变化来判断负载接入与否及其接入位置。如果没有负载接入则发射线圈一直工作于最低功耗待机监测模式，当有负载接入时则进入步骤#3判断该电流是否为上次监测假负载时的电流，如果是则系统不响应此次操作继续进入步骤#2的最低功耗待机监测模式下工作，否则进入步骤#4，将该位置的发射线圈控制在负载供电模式下工作，并进入步骤#5等待负载反馈的编码信息，如果负载编码接收电路23没有收到负载编码反馈信息则该负载为假负载，进入步骤#6由负载监测与控制模块7中的智能模块19将该假负载引起的电流值更新到上次记录的假负载电流值，避免该假负载一直在电源板上时引起发射线圈控制电路22对发射线圈的连续控制动作，并将该发射线圈复位到步骤#1最低功耗待机监测模式下。如果负载编码接收电路23收到负载的编码信息则进入步骤#7，比较负载编码信息的功率值和记录在存储器20中的该发射线圈发射最大功率值，如前者大于后者则复位该位置发射线圈到#1的最低功耗待机监测模式，反之则进入步骤#8，通过负载信息输出电路24将负载信息发送给电源变换模块6，步骤#9中电源变换模块6通过负载信息接收电路14接收负载信息，并通过智能控制电路13处理后发出控制信息调整调压电路17和逆变电路，使其按负载所需提供电能，实现最优供电。步骤#10通过负载检测电路25检测发射线圈电流的变化来监测负载是否关闭或移走，如果关闭则发射线圈控制电路将该发射线圈复位到步骤#1最低功耗待机监测模式，否则一直在负载供电模式下工作。通过此流程图可以实时地自动甄别负载真伪及调整系统工作于最优的经济模式下。

图8给出了电源板和台灯负载之间能量传输时的剖面图。在台灯底座中放置了能量拾取机构26、识别信息发送电路27和电源变换电路28。当开关29接通时，便被负载监测电路25检测到，相应分区发射线圈在发射线圈控制电路22作用下由电源变换电路18为其供电，但此时其他发射线圈仍处于最低功耗待机监测模式下，台灯能量拾取机构26通过电磁耦合拾取电能，经过电源变换电路28变换后供给台灯和负载编码发送电路27，负载编码发送电路27工作后将编码信息发送给负载编码接收电路23，经智能模块19核对编码正确后，继续给该分区的发射线圈供电，否则，将切换该分区发射线圈工作在最低功耗待机监测模式。能量拾取机构26由线圈拾取机构和谐振电容构成，其中拾取线圈可以采用图6的几种方式，也可以根据需要采用其他形式。在线圈中增加磁芯可以增加拾取线圈和对应发射分区线圈之间的耦合程度。电源变换电路28可通过高频整流和常用的DC-DC或DC-AC电路构成。负载编码发送电路27为无线发射电路，采用常用的RF电路或微波发射电路将设定的信息编码发送出去。

Claims (5)

1.一种可分区控制的电源板，包括电源变换模块(6)、负载监测与控制模块(7)和能量发射板(8)，其特征在于：电源变换模块(6)包括将电源高频化的电源变换电路(18)及其智能控制电路(13)，智能控制电路(13)根据智能控制电路(13)中的负载信息接收电路(14)接收到的负载信息以PWM方式和移相方式分别控制电源变换电路(18)中的调压电路(17)和逆变电路，使其按负载所需提供电能；负载监测与控制模块(7)包括监测面板上有无负载及负载类型的负载监测电路(25)、接收负载编码信息的负载编码接收电路(23)、控制分区布置的发射线圈工作于最低功耗待机监测模式或负载供电模式的发射线圈控制电路(22)和将负载信息传送给电源变换模块的智能控制电路(13)的负载信息输出电路(24)；能量发射板(8)由根据人机工程学观念分布的多分区能量发射线圈(10)和面板组成，根据用电设备负荷和类型，以分区方式设置不同能量发射线圈(10)。

2.根据权利要求1所述的可分区控制的电源板，其特征在于：负载监测电路(25)含有电流检测模块，通过电流检测模块检测各发射线圈电流参数的变化，由智能模块(19)判断有无负载接入及其位置。

3.根据权利要求1所述的可分区控制的电源板，其特征在于：负载编码接收电路(23)包含无线接收模块，用于接收负载以编码形式反馈的信息，发射线圈控制电路(22)根据该信息判断负载的真伪及类型，控制相应分区发射线圈(10)工作于最低功耗待机监测模式或负载供电模式。

4.根据权利要求1所述的可分区控制的电源板，其特征在于：分区发射线圈(10)根据负载类型和容量的不同由绕制成不同匝数和形状的平行于面板的若干导线圈组成。

5.根据权利要求1所述的可分区控制的电源板，其特征在于：分区发射线圈(10)根据负载类型和容量的不同由绕制成不同匝数和形状的平行于面板的若干含有磁芯的导线圈组成。

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