CN102355035B - 无线充电发送装置、无线充电系统以及无线充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线充电发送装置、无线充电系统以及无线充电控制方法，无线充电系统中的无线充电发送装置与接收装置适于以电磁感应耦合方式传输功率。无线充电发送装置被配置成可切换地工作在低功耗待机状态与充电功率发送状态，在低功耗待机状态下发送线圈向外发送具有第一功率的交流电信号，而在充电功率发送状态下发送线圈向外发送具有大于第一功率之第二功率的交流电信号。具有第一功率的交流电信号足以使进入有效电磁感应距离的无线充电接收装置提供包含可充电电池的状态信息之反馈信号，具有第二功率的交流电信号根据反馈信号的可充电电池的状态信息选择性被发送以对可充电电池进行充电。因此本发明具有智能型及安全性等特点。

Description

无线充电发送装置、无线充电系统以及无线充电控制方法

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及基于电磁感应耦合的无线充电发送装置、无线充电系统以及无线充电控制方法。

背景技术

无线功率传输(Wireless Power Transfer，WPT)又称无接触功率传输(Contactless Power Transmission，CPT)技术，其是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。按照功率传输原理的不同，无线功率传输分为:电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式；其中，较为成熟的是电磁感应式，因为技术成熟度高，开发难度不大，因而相应的应用产品也比较多。

现代生活中移动电话、笔记本电脑、照相机、摄像机等便携装置都使用了充电电池，但是必须通过电源转换器、充电器或电脑USB口等处充电。这些装置使用的充电器千差万别，电源插口形式、装置插口形式、电压等级、电流容量均存在较大差异，因此往往每台装置都配有专用的电源转换器，这既产生了极大的浪费和污染，也没有从根本上解决装置便捷、及时充电的问题。因此，无线充电联盟(Wireless Power Consortium,WPC)推出的Qi标准便描述了人们不需要四处寻找插座和电线便可以方便快捷地在无线充电发送装置上进行充电的美好前景。

然而，基于目前的无线充电技术发展现状，如何提供具有智能型及安全性等特点的无线充电方案仍是目前有待改善的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的包括提供无线充电发送装置、无线充电系统以及无线充电控制方法，以实现具有智能型及安全性等特点的无线充电方案。

具体地，本发明实施例提供的一种无线充电发送装置，包括直流电源、功率驱动电路、发送线圈、信息反馈电路以及控制电路。功率驱动电路电连接至直流电源以获取直流电压。发送线圈电连接至功率驱动电路，其具有有效电磁感应距离。信息反馈电路电连接至发送线圈以检测无线充电接收装置因进入有效电磁感应距离而产生的包含可充电电池的状态信息之反馈信号并将反馈信号解调出来。控制电路电连接至信息反馈电路与功率驱动电路，在信息反馈电路未检测到反馈信号之情形下使无线充电发送装置处于低功耗待机状态，以及在信息反馈电路检测到反馈信号之情形下根据解调出来的反馈信号所包含的可充电电池的状态信息选择性地使无线充电发送装置处于低功耗待机状态或充电功率发送状态。其中，在低功耗待机状态，控制电路控制功率驱动电路将直流电压逆变成具有第一功率的交流信号并通过发送线圈持续地或周期性地发送，且该具有第一功率的交流电信号足以使进入有效电磁感应距离的无线充电接收装置产生反馈信号；以及在充电功率发送状态，控制电路控制功率驱动电路将直流电压逆变成具有第二功率的交流电信号并通过发送线圈发送以对进入有效电磁感应距离的无线充电接收装置中的可充电电池进行充电，第二功率大于第一功率。

在本发明实施例中，上述无线充电发送装置例如更包括热保护电路，其中热保护电路通过热敏电阻获取处于充电功率发送状态的无线充电发送装置的温升状态并将检测到的温度值提供给控制电路，由控制电路将检测到的温度值与预设的温度值进行比较且当检测到的温度值高于预设的温度值时控制无线充电发送装置从充电功率发送状态切换至低功率待机状态。

在本发明实施例中，上述之有效电磁感应距离例如为不大于10毫米。

本发明实施例提供的一种无线充电系统包括无线充电发送装置与无线充电接收装置；无线充电发送装置包括发送线圈，且发送线圈具有有效电磁感应距离；无线充电接收装置包括接收线圈与可充电电池，接收线圈适于与发送线圈形成电磁感应耦合以从无线充电发送装置接收功率。此外，无线充电发送装置被配置成可切换地工作在低功耗待机状态与充电功率发送状态，当工作在低功耗待机状态下，发送线圈向外持续地或周期性地发送具有第一功率的交流电信号，以及当工作在充电功率发送状态下，发送线圈向外发送具有第二功率的交流电信号，第二功率大于第一功率。其中，具有第一功率的交流电信号足以使进入有效电磁感应距离的无线充电装置将包含可充电电池的状态信息之反馈信号利用线圈互感作用调制至发送线圈上，再由无线充电发送装置根据反馈信号所包含的可充电电池的状态信息决定是否切换至充电功率发送状态以利用具有第二功率的交流电信号对可充电电池进行充电。

在本发明实施例中，上述之无线充电接收装置例如更包括整流电路、电压调整电路、充电管理电路以及控制器。整流电路电连接至接收线圈以将接收线圈接收到的交流电信号整流成直流电压；电压调整电路电连接至整流电路以将整流电路输出地直流电压进行稳压及调整(例如功率调节)操作以输出充电电压。充电管理电路电连接至电压调整电路以接收充电电压对可充电电池进行充电。控制器电连接至充电管理电路及电压调整电路并通过电容连接至接收线圈，其接收充电管理电路提供的可充电电池的状态信息并进行编码而生成反馈信号加载至接收线圈上以及根据可充电电池的状态信息控制电压调整电路。

本发明实施例提供的一种无线充电控制方法，包括步骤：控制无线充电发送装置处于低功耗待机状态并利用发送线圈向外持续地或周期性地发送具有第一功率的交流电信号，该具有第一功率的交流电信号足以使进入无线充电发送装置的有效电磁感应距离的无线充电接收装置反馈包含可充电电池的状态信息之反馈信号至无线充电发送装置上；以及在无线充电发送装置检测到反馈信号后，根据反馈信号所包含的可充电电池的状态信息决定是否控制无线充电发送装置由低功耗待机状态切换至充电功率发送状态以利用发送线圈向外发送具有第二功率的交流电信号对可充电电池进行充电，第二功率大于第一功率。

在本发明实施例中，上述之无线充电控制方法例如更包括步骤：当无线充电接收装置离开有效电磁感应距离，则控制无线充电发送装置由充电功率发送状态切换回低功耗待机状态。

在本发明实施例中，上述之无线充电控制方法例如更包括步骤：当检测到无线充电发送装置的温度值高于预设的温度值时，控制无线充电发送装置由充电功率发送状态切换回低功耗待机状态。

在本发明实施例中，上述之无线充电控制方法中的反馈信号例如是采用基于跳变的编码技术，且信号字节格式为11位编码格式而依序包括1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位。

本发明实施例采用电磁感应耦合之无线电力传输方式进行充电操作，当无线充电发送装置上电后是处于低功耗待机状态，其只产生微弱的交流电信号通过发送线圈发送出去。此时，当有无线充电接收装置进入发送线圈的有效电磁感应距离(也即进入发送线圈产生的感应磁场)时，其微弱的交流电信号经接收线圈感应后再整流为直流电压，这个直流电压足可以使得无线充电接收装置检测电池的状态并将电池的状态信息(例如是否需要充电、已充满等状态信息)以反馈信号的方式加载到接收线圈。基于线圈互感原理，此反馈信号将调制至发送线圈的信号上；之后再由无线充电发送装置的内部电路将反馈信号解调出来以根据电池的状态信息决定是否改变无线充电发送装置的工作状态(例如是否切换至充电功率发送状态)，因此可实现按需求发送功率以及自动调节发送功率。此外，当无线充电接收装置与发送装置之间的距离超过规定值(也即离开有效电磁感应距离)时，发送装置可自动关闭充电功率发送状态，直到接收装置再次进入有效电磁感应距离并收到反馈信号后，发送装置才会根据电池的状态信息决定是否开启充电功率发送状态。由此可见，本发明提出的无线充电方案具有智能型及安全性等特点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1绘示出相关于本发明实施例的一种无线充电发送装置的结构框图。

图2绘示出相关于本发明实施例的一种无线充电接收装置的结构框图。

图3绘示出图1及图2中的发送线圈与接收线圈形成电磁感应耦合以产生感应磁场。

图4绘示出相关于本发明实施例的热保护电路的电路图。

图5绘示出相关于本发明实施例的高频交流电信号、反馈信号以及反馈信号调制至高频交流电信号上后的已调制信号的波形。

图6绘示出相关于本发明实施例的反馈信号的信号字节编码方式。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的无线充电发送装置、无线充电系统以及无线充电控制方法其具体实施方式、方法、步骤及功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参照图1至图4，本发明实施例提供的一种无线充电系统包括无线充电发送装置10和无线充电接收装置20，在此，无线充电接收装置20设置有可充电电池30且适于与无线充电发送装置10形成电磁感应耦合以从该无线充电发送装置10接收功率，而无线充电发送装置20则可以通过两者间的线圈互感作用接收无线充电接收装置20提供的包含可充电电池30的状态信息之反馈信号。本实施例中，无线充电接收装置20例如是充电式3D眼镜、个人数字助理(PDA)、平板电脑等等便携式电子装置，但并不以此为限。

具体地，如图1所示，无线充电发送装置10主要包括直流电源11、功率驱动电路(Power Driver)13、发送线圈15、信息反馈(Feedback)电路17和控制电路(Controller)19等五大部分。

其中，直流电源11例如包括交流变直流转换器(AC to DCConverter)11a，以将交流电AC例如市电转换成直流电。当然，直流电源11还可以包括整流滤波及功率因子校正等功能电路。本实施例中，直流电源11用以提供符合电路需要的直流电压，以提供给无线充电发送装置10中的各个功能电路例如功率驱动电路13、信息反馈电路17和控制电路19。

功率驱动电路13电连接至直流电源11以从直流电源11获取直流电压作为输入。功率驱动电路13例如包括半桥逆变器(Half-bridge Inverter)13a，以将获取的直流电压逆变成高频交流电信号并经过与功率驱动电路13电连接的发送线圈15发送出去。

发送线圈15可与进入发送线圈15的有效电磁感应距离D之接收线圈21形成电磁感应耦合产生感应磁场(参见图3)，以向无线充电接收装置20传输功率；在此，接收线圈21设置于无线充电接收装置20上。此外，无线充电接收装置20加载至接收线圈21上的包含可充电电池30的状态信息之反馈信号可经由线圈互感作用调制至发送线圈15上。

信息反馈电路17电连接至发送线圈15，用以检测发送线圈15上是否有反馈信号并将反馈信号解调出来。具体地，信息反馈电路17例如包括检测单元17a与解调反馈单元17b；其中检测单元17a例如是电压/电流感测器(V/I Sense)，其对发送线圈19上的信号进行采样并将采样到的信号送至解调反馈单元17b，由解调反馈单元17b对采样到的信号进行分析处理以在采样到的信号中包含有反馈信号的情形下将反馈信号解调出来。

控制电路19电连接至信息反馈电路17和功率驱动电路13以从信息反馈电路17获取解调出来的反馈信号并根据反馈信号所包含中可充电电池30的状态信息控制功率驱动电路13以决定无线充电发送装置10的工作状态，在此，工作状态例如包括低功耗待机状态和充电功率发送状态。此外，控制电路19还配置成在没有获取到反馈信号之前或预设时间间隔内未获取到反馈信号，控制功率驱动电路13使无线充电发送装置10工作在低功耗待机状态。更具体地，当无线充电发送装置10工作在低功耗待机状态，控制电路19控制功率驱动电路13将直流电压逆变成具有第一功率的高频交流电信号并经由发送线圈15发送出去；以及当无线充电发送装置10工作在充电功率发送状态，控制电路19控制功率驱动电路13将直流电压逆变成具有第二功率的高频交流电信号并经由发送线圈15发送出去以对可充电电池30进行充电；在此，第二功率大于第一功率，且具有第一功率的高频交流电信号持续地或周期性地向外发送，并足以使进入有效电磁感应距离D的无线充电接收装置20检测可充电电池30的状态信息并调制包含可充电电池30的状态信息之反馈信号至发送线圈15上，在此可充电电池30的状态信息例如为是否需要充电、已充满等状态信息。

另外，再参照图4，本发明实施例的无线充电发送装置10还可进一步包括热保护电路。其中，热保护电路例如包括串接于电源电压VCC与接地电压之间的电阻R与热敏电阻RT，电源电压VCC可由直流电源11提供，热敏电阻RT与电阻R之间的节点电连接至控制电路19，以向控制电路19提供代表检测到的无线充电发送装置10的温度值之模拟信号；之后由控制电路19根据该模拟信号获知检测到的温度值并将该检测到的温度值与预设的温度值进行比较作为对无线充电发送装置10进行热保护的依据。

另一方面，如图2所示，无线充电接收装置20例如包括接收线圈21、整流电路(Rectification)23、电压调整电路(Voltage Conditioning)25、充电管理电路(Charge Management)27、控制器(Controller)29以及可充电电池30。在此，可充电电池30例如是可拆卸式地安装于无线充电接收装置20上，但并不以此为限。

其中，整流电路23电连接至接收线圈21以将接收线圈21接收到的高频交流电信号整流成直流电压。电压调整电路25电连接至整流电路23以将整流电路23输出的直流电压进行稳压及调整操作(例如滤波及/或功率调节)以输出充电电压。充电管理电路27电连接至电压调整电路25以接收充电电压对可充电电池30进行充电。控制器29电连接至充电管理电路27及电压调整电路25并通过电容连接至接收线圈21，控制器29接收充电管理电路27提供的可充电电池30的状态信息并进行编码而生成反馈信号加载至接收线圈21上以及根据可充电电池30的状态信息控制电压调整电路25。

请参阅图5，其示出发送线圈15上的高频交流电信号、接收线圈21上的反馈信号以及反馈信号调制至高频交流电信号之后而得的已调制信号之波形举例，当反馈信号加载至接收线圈21并经由线圈互感作用调制至发送线圈15的高频交流电信号后，则可得到图5所示的已调制信号；而无线充电发送装置10中的解调操作则是上述调制过程的反操作，也即通过对已调制信号进行解调则可复原出反馈信号。

图6示出反馈信号是采用基于跳变的编码技术，且信号字节格式为11位编码格式而依序包括1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位；但本发明并不以此为限。由图6可知，当某个时钟周期当中出现跳变，则对应的位取值为“1”，反之当某个时钟周期当中没有出现跳变，则对应的位取值为“0”。

本发明实施例基于上述介绍的无线充电系统之架构，可将执行于此种无线充电系统的无线充电控制方法归纳为以下步骤：

(1)控制无线充电发送装置10处于低功耗待机状态并利用发送线圈15向外发送具有第一功率的高频交流电信号，该具有第一功率的高频交流电信号足以使进入无线充电发送装置10的有效电磁感应距离D的无线充电接收装置20反馈包含可充电电池30的状态信息之反馈信号至无线充电发送装置10，例如经由线圈互感作用调制包含可充电电池30的状态信息之反馈信号至无线充电发送装置10的发送线圈15上；

(2)在无线充电发送装置10检测到反馈信号后，根据反馈信号所包含的可充电电池30的状态信息决定是否控制无线充电发送装置10由低功耗待机状态切换至充电功率发送状态以利用发送线圈15向外发送具有第二功率的交流电信号对可充电电池30进行充电。其中，当可充电电池30的状态信息显示为需要充电，则控制无线充电发送装置10由低功耗待机状态切换至充电功率发送状态，而当可充电电池30的状态显示为不需要充电或已充满，则控制无线充电发送装置10处于低功耗待机状态。

此外，在本发明实施例的无线充电控制方法中，还可当无线充电接收装置20离开无线充电发送装置10的有效电磁感应距离D，则控制无线充电发送装置10由充电功率发送状态切换回低功耗待机状态；其中，在无线充电发送装置10处于充电功率发送状态后，如果控制电路19在离前次收到反馈信号之后再经过预设时间间隔仍未收到反馈信号，则判定无线充电接收装置20已离开无线充电发送装置10的有效电磁感应距离D。

另外，为实现对无线充电发送装置10进行热保护，本发明实施例的无线充电控制方法还可包括步骤：当检测到无线充电发送装置10的温度值高于预设的温度值时，控制无线充电发送装置10由充电功率发送状态切换回低功耗待机状态。

简言之，本发明实施例通过采用电磁感应耦合之无线电力传输方式进行充电操作，当无线充电发送装置上电后是处于低功耗待机状态，其只产生微弱的交流电信号通过发送线圈发送出去。此时，当有无线充电接收装置进入发送线圈的有效电磁感应距离(也即进入发送线圈产生的感应磁场)时，其微弱的交流电信号经接收线圈感应后再整流为直流电压，这个直流电压足可以使得无线充电接收装置检测电池的状态并将电池的状态信息(例如是否需要充电、已充满等状态信息)以反馈信号的方式加载到接收线圈。基于线圈互感原理，此反馈信号将调制至发送线圈的信号上；之后再由无线充电发送装置的内部电路将反馈信号解调出来以根据电池的状态信息决定是否改变无线充电发送装置的工作状态(例如是否切换至充电功率发送状态)，因此可实现按需求发送功率以及自动调节发送功率。此外，当无线充电接收装置与发送装置之间的距离超过规定值(也即离开有效电磁感应距离)时，发送装置可自动关闭充电功率发送状态，直到接收装置再次进入有效电磁感应距离并收到反馈信号后，发送装置才会根据电池的状态信息决定是否开启充电功率发送状态。由此可见，本发明实施例提出的无线充电方案具有智能型及安全性等特点。

另外，本发明实施例中的无线充电接收装置与发送装置还可分别增设一线圈，专门用作反馈信号的发送与接收之用；也即，功率传输与反馈信号传输所采用的线圈组采用分离设计。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种无线充电发送装置，其特征在于，包括：

直流电源；

功率驱动电路，电连接至该直流电源以获取直流电压；

发送线圈，电连接至该功率驱动电路，该发送线圈具有有效电磁感应距离；

信息反馈电路，电连接至该发送线圈以检测无线充电接收装置因进入该有效电磁感应距离而产生的包含可充电电池的状态信息之反馈信号并将反馈信号解调出来；以及

控制电路，电连接至该信息反馈电路与该功率驱动电路，在该信息反馈电路未检测到该反馈信号之情形下使该无线充电发送装置处于低功耗待机状态，以及在该信息反馈电路检测到该反馈信号之情形下根据解调出来的反馈信号所包含的该可充电电池的状态信息选择性地使该无线充电发送装置处于该低功耗待机状态或充电功率发送状态；在该无线充电发送装置处于该充电功率发送状态后，如果该控制电路在离前次收到反馈信号之后再经过预设时间间隔仍未收到反馈信号，则判定无线充电接收装置已离开该无线充电发送装置的有效电磁感应距离，并控制该无线充电发送装置由该充电功率发送状态切换回该低功耗待机状态；

其中在该低功耗待机状态，该控制电路控制该功率驱动电路将该直流电压逆变成具有第一功率的交流电信号并通过该发送线圈持续地或周期性地发送，且该具有第一功率的交流电信号足以使进入该有效电磁感应距离的无线充电接收装置产生该反馈信号；以及在该充电功率发送状态，该控制电路控制该功率驱动电路将该直流电压逆变成具有第二功率的交流电信号并通过该发送线圈发送以对进入该有效电磁感应距离的无线充电接收装置中的可充电电池进行充电，该第二功率大于该第一功率。

2.根据权利要求1所述的无线充电发送装置，其特征在于，更包括热保护电路，该热保护电路通过热敏电阻获取处于该充电功率发送状态的该无线充电发送装置的温升状态并将检测到的温度值提供给该控制电路，由该控制电路将检测到的温度值与预设的温度值进行比较且当检测到的温度值高于该预设的温度值时控制该无线充电发送装置从该充电功率发送状态切换至该低功率待机状态。

3.一种无线充电系统，包括无线充电发送装置和无线充电接收装置，该无线充电接收装置包括接收线圈与可充电电池，其特征在于：该无线充电发送装置为如权利要求1和2任一项所述的无线充电发送装置，该接收线圈适于与该发送线圈形成电磁感应耦合以从该无线充电发送装置接收功率。

4.根据权利要求3所述的无线充电系统，其特征在于，该无线充电接收装置更包括：

整流电路，电连接至该接收线圈以将该接收线圈接收到的交流电信号整流成直流电压；

电压调整电路，电连接至该整流电路以对该整流电路输出的直流电压进行稳压及调整操作以输出充电电压；

充电管理电路，电连接至该电压调整电路以接收该充电电压对该可充电电池进行充电；

控制器，电连接至该充电管理电路及该电压调整电路并通过电容连接至该接收线圈，该控制器接收该充电管理电路提供的该可充电电池的状态信息并进行编码而生成反馈信号加载至该接收线圈上以及根据该可充电电池的状态信息控制该电压调整电路。

5.一种无线充电控制方法，其特征在于，包括步骤：

控制无线充电发送装置处于低功耗待机状态并利用发送线圈向外持续地或周期性地发送具有第一功率的交流电信号，该具有第一功率的交流电信号足以使进入该无线充电发送装置的有效电磁感应距离的无线充电接收装置反馈包含可充电电池的状态信息之反馈信号至该无线充电发送装置；以及

在该无线充电发送装置检测到该反馈信号后，根据该反馈信号所包含的该可充电电池的状态信息决定是否控制该无线充电发送装置由低功耗待机状态切换至充电功率发送状态以利用发送线圈向外发送具有第二功率的交流电信号对该可充电电池进行充电，该第二功率大于该第一功率；如果该无线充电发送装置在离前次收到反馈信号之后再经过预设时间间隔仍未收到反馈信号，则判定无线充电接收装置已离开该无线充电发送装置的有效电磁感应距离，并控制该无线充电发送装置由该充电功率发送状态切换回该低功耗待机状态。

6.根据权利要求5所述的无线充电控制方法，其特征在于，更包括步骤：当检测到该无线充电发送装置的温度值高于预设的温度值时，控制该无线充电发送装置由该充电功率发送状态切换回该低功耗待机状态。

7.根据权利要求5或6所述的无线充电控制方法，其特征在于，该反馈信号是采用基于跳变的编码技术，且信号字节格式为11位编码格式而依序包括1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和1个停止位。

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