CN103248138A - 一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置及方法，频率功率可调电源给发射装置供电，接收装置与发射装置谐振耦合并将接收到的电能传输给负载线，再经过整流稳压系统输出稳压直流电供给移动设备；在供电的同时，功率跟踪控制检测所述整流稳压系统的输入电压并发送信号调节频率功率可调电源的功率或频率；同时所述功率跟踪控制器检测整流稳压系统的输出电压并发送信号调节整流稳压系统中DC/DC变换器的开关占空比。解决了无线供电系统工作过程中的因谐振频率漂移而导致的功率衰减问题，保证了移动设备的正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制和电力电子技术领域，尤其是一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制。
背景技术
目前家用的各种便携式移动设备如手机、PAD、游戏机、小型移动电视等的供电方式主要依靠电池加充电器模式。由于电池的容量限制问题，移动设备需要定期进行充电或者直接借助电源适配器进行持续工作。充电器或者电源适配器都需要借助电缆和插座与移动设备进行连接，给使用者造成诸多的不便。
近年来随着无线电能传输技术的发展，市场上已经出现了移动设备的无线供电装置，这些装置大部分采用电磁感应原理进行电能的传输，虽然在一定程度上取代了电缆，实现了移动设备的无线供电，但因其传输距离仅限于几厘米，受电装置必须与电能发射装置对齐，传输功率较小等缺点未在市场上大面积推广使用。
2007年麻省理工大学的物理学助理教授Marin Solijacic和他的研究团队公开做了一个演示，利用谐振耦合技术在2米处成功点亮了一盏60W的灯泡，从此谐振耦合无线电能传输技术逐渐成为研究的热点。磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射装置和接收装置必须具有相同的自谐振频率，发射电源发出相同频率的能量，通过磁耦合谐振将能量源源不断地从发射端传输到接收端。磁耦合无线供电技术克服了电磁感应式无线供电的上述缺点，基于此技术的无线供电产品也在快速的发展中。但是这种无线供电系统在工作过程中由于负载的多样性，周围温度环境的变化以及产品位置的偏移，系统的谐振频率会发生漂移，出现传输功率衰减的现象，进而影响设备的正常工作。
发明内容
要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置及方法，解决在磁耦合无线供电系统工作过程中出现的因系统谐振频率漂移、传输功率衰减而影响设备正常工作的现象。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置，该装置包括频率功率可调电源、能量发射装置、能量接收装置、负载线圈和整流稳压系统；所述频率功率可调电源向能量发射装置供电，所述能量接收装置与能量发射装置谐振耦合并将电能传输给负载线圈，再经过所述整流稳压系统传递给负载，在供电的同时，有功率跟踪控制器检测所述整流稳压系统的输入电压和输出电压，所述功率跟踪控制器根据检测到的输入电压调整所述频率功率可调电源的频率或功率；所述功率跟踪控制器根据检测到的输出电压调整整流稳压系统中DC\DC变换器的开关占空比。
在本发明中，进一步的，所述能量发射装置和能量接收装置结构组成完全相同，所述能量发射装置由发射线圈和发射端电容串联组成，所述能量接收装置由接收线圈和接收端电容串联组成。
在本发明中，进一步的，所述负载线圈采用螺旋结构并与接收线圈同轴。保证能量高效传输。
在本发明中，进一步的，所述的频率功率可调电源为射频电源或者逆变电源。接收功率跟踪控制器发来的信号进行频率和功率的调节。
在本发明中，进一步的，所述整流稳压系统由桥式整流电路和DC\DC变换器组成。可将交流电变为稳定的直流电输出。
一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制方法，频率功率可调电源给发射装置供电，接收装置与发射装置谐振耦合并将接收到的电能传输给负载线圈，再经过整流稳压系统输出稳压直流电供给移动设备；在供电的同时，所述功率跟踪控制器（7）首先检测整流稳压系统（5）的输出电压并与负载（6）额定供电电压比较，发送信号调节整流稳压系统（5）中DC/DC变换器（15）的开关占空比；然后所述功率跟踪控制器（7）检测所述整流稳压系统（5）的输入电压并与所述整流稳压系统的最低输入电压要求比较，发送信号调节频率功率可调电源（1）的功率或频率；
有益效果：本发明通过功率跟踪控制器实时监测整流稳压系统的输入电压并对频率功率可调电源进行频率或功率的调整，同时实时监测整流稳压系统的输出电压并对DC/DC变换器的开关占空比进行调整，保持整流稳压系统的输出端电压和输出功率稳定，综合控制保证移动设备的功率稳定。该发明提供的功率跟踪控制装置和方法，解决了无线供电系统工作过程中的因谐振频率漂移而导致的功率衰减问题，保证了移动设备的正常工作。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的模型图；
图3本发明的无线电供电系统的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示，该移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置包括频率功率可调电源1、能量发射装置、能量接收装置、负载线圈4、整流稳压系统5和功率跟踪控制器7。频率功率可调电源1为射频电源，可接受功率跟踪控制器7发来的信号进行频率或者功率调节，随着传输距离的增加，系统的工作频率提高，当传输距离在米级时，工作频率需达到数兆赫兹，此时使用射频电源能实现不同传输距离和传输功率下系统的最优控制方案。所述能量发射装置和能量接收装置结构完全相同，所述能量发射装置由发射线圈2和发射端电容8串联组成，所述能量接收装置由接收线圈3和接收端电容9串联组成。所述发射线圈2和接收线圈3采用相同的螺旋结构、半径、材料和匝数，保证其电感、电容参数的一致性。所述发射线圈2和接收线圈3最大允许其自身半径的轴向偏移，在此情况下仍能满足系统的正常工作，若超过该轴向偏移的最大偏移量，则会影响二者之间的耦合系数和整个无线供电系统的效率而不能正常工作。频率功率可调电源1发出特定频率的交流电用于向能量发射装置供电，所述能量接收装置与能量发射装置谐振耦合，所述能量接收装置将接收到的电能传输给负载线圈4，负载线圈4也采用螺旋结构且与接收线圈3严格同轴，负载线圈4的匝数根据后面负载6的需要进行相应的设计，再经过整流稳压系统5将交流电变为稳压直流电传输给移动设备6。该整流稳压系统5采用不控桥式整流电路14和DC/DC变换器15组合模式，所述整流稳压系统根据其前端系统的电压与功率的输出范围、负载的输入参数要求进行设计。
发明所述的无线电能传输模型的等效电路如图3所示，频率功率可调电源1等效为一个理想电压源10和等效电源内阻11的串联结构，发射线圈2等效为一个理想电感12和线圈内阻18的串联结构，接收线圈3等效为一个理想电感19和线圈内阻13的串联结构，负载线圈4等效为一个理想电感20和线圈内阻16的串联结构。整流稳压系统5和负载6用一个等效的负载17进行模拟。负载线圈4与接收线圈3采用隔离强耦合方式进行能量交互，减轻负载变化对整个无线供电系统的影响，保证系统的高效稳定传输。
在供电的同时，首先功率跟踪控制器7先进行第一级功率控制，即检测整流稳压系统5的输出电压，当其低于负载6的电压需求时，增大整流稳压系统5中DC\DC变换器的开关占空比，反之减小DC\DC变换器的占空比；此时进行第二级功率跟踪控制，即检测整流稳压系统5的输入电压，当其低于整流稳压系统5的最低输入电压要求，说明负载6的变化使得无线供电系统的谐振频率发生了漂移，无线供电系统传输效率降低，此时增加频率功率可调电源1的发射功率或者将频率在谐振频率点附件进行微调，通过改变频率功率可调电源1的频率使得系统重新回到谐振状态，其中频率的微调方向，可通过小步长频率调节和整流稳压系统5输入电压的反馈等方法获得。
本发明所述无线电能传输系统，传输距离最大35cm，最大功率200W，能够实现移动设备的定期充电和连续供电工作的需求，能实现传输距离、传输功率、输出电压以及谐振频率的可调控。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置，该装置包括频率功率可调电源（1）、能量发射装置、能量接收装置、负载线圈（4）和整流稳压系统（5）；所述频率功率可调电源（1）向能量发射装置供电，所述能量接收装置与能量发射装置谐振耦合并将电能传输给负载线圈（4），再经过所述整流稳压系统（5）传递给负载（6），其特征在于：在供电的同时，有功率跟踪控制器（7）检测所述整流稳压系统（5）的输入电压和输出电压，所述功率跟踪控制器（7）根据检测到的输入电压调整所述频率功率可调电源（1）的频率或功率；所述功率跟踪控制器（7）根据检测到的输出电压调整整流稳压系统（5）中DC\DC变换器（15）的开关占空比。
2.根据权利要求1所述的一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置，其特征在于：所述能量发射装置和能量接收装置结构组成完全相同，所述能量发射装置由发射线圈（2）和发射端电容（8）串联组成，所述能量接收装置由接收线圈（3）和接收端电容（9）串联组成。
3.根据权利要求1所述的一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置，其特征在于：所述负载线圈（4）采用螺旋结构并与接收线圈（3）同轴。
4.根据权利要求1所述的一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置，其特征在于：所述频率功率可调电源（1）为射频电源。
5.根据权利要求1所述的一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制装置，其特征在于：所述整流稳压系统（5）由桥式整流电路（14）和DC\DC变换器（15）组成。
6.一种移动设备无线供电系统的功率跟踪控制方法，频率功率可调电源（1）给能量发射装置供电，能量接收装置与能量发射装置谐振耦合并将接收到的电能传输给负载线圈（4），再经过整流稳压系统（5）输出稳压直流电供给负载（6），其特征在于：在供电的同时，所述功率跟踪控制器（7）首先检测整流稳压系统（5）的输出电压并与负载（6）额定供电电压比较，发送信号调节整流稳压系统（5）中DC/DC变换器（15）的开关占空比；然后所述功率跟踪控制器（7）检测所述整流稳压系统（5）的输入电压并与所述整流稳压系统的最低输入电压要求比较，发送信号调节频率功率可调电源（1）的功率或频率。
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|---|---|
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Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103280901A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 苏州源辉电气有限公司 | 一种基于无线电能传输的移动设备供电系统 |
| CN104300592A (zh) * | 2013-12-29 | 2015-01-21 | 新疆信息产业有限责任公司 | 基于t5336和丙类放大电路的收发器 |
| CN104767292A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-08 | 东南大学 | 一种多电压等级间自适应切换的直流负载无线供电系统 |
| CN104779672A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-15 | 东南大学 | 一种适用于电池性负载的无线充电系统 |
| US20160079799A1 (en) * | 2014-09-16 | 2016-03-17 | Rf Micro Devices, Inc. | Method for wireless charging power control |
| CN105637373A (zh) * | 2013-10-30 | 2016-06-01 | 罗姆股份有限公司 | 无线受电装置及其控制电路、使用了它的电子设备、接收功率的计算方法 |
| CN105720700A (zh) * | 2014-12-22 | 2016-06-29 | 施耐德电气（澳大利亚）有限公司 | 电源插座中的感应功率传输系统 |
| CN108845275A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-11-20 | 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 | 基于电磁钳的开关电源高低压耦合衰减特性测试系统 |
| US10224759B2 (en) | 2014-07-15 | 2019-03-05 | Qorvo Us, Inc. | Radio frequency (RF) power harvesting circuit |
| CN110233524A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-13 | 天津大学 | 模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统 |
| US10566843B2 (en) | 2014-07-15 | 2020-02-18 | Qorvo Us, Inc. | Wireless charging circuit |
| CN112332546A (zh) * | 2019-08-05 | 2021-02-05 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种无线输电设备和负载设备 |
| CN112531923A (zh) * | 2019-09-17 | 2021-03-19 | 广州腾龙电子塑胶科技有限公司 | 一种双频无线传输电能及信号系统 |
| CN112952948A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-11 | 吉成无线（深圳）有限公司 | 远距离自适应无线充电系统的控制方法及无线充电器 |
| CN116707160A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-09-05 | 荣耀终端有限公司 | 一种无线充电控制方法及无线充电系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120293009A1 (en) * | 2011-05-17 | 2012-11-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method of protecting power receiver of wireless power transmission system |
| CN102969803A (zh) * | 2012-11-03 | 2013-03-13 | 河海大学常州校区 | 可稳压调频的电磁耦合式电能传输装置 |
| CN103078381A (zh) * | 2013-01-27 | 2013-05-01 | 中国科学院电工研究所 | 一种电动汽车无线充电装置及其输出控制方法 |
-
2013
- 2013-05-28 CN CN2013102081973A patent/CN103248138A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120293009A1 (en) * | 2011-05-17 | 2012-11-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method of protecting power receiver of wireless power transmission system |
| CN102969803A (zh) * | 2012-11-03 | 2013-03-13 | 河海大学常州校区 | 可稳压调频的电磁耦合式电能传输装置 |
| CN103078381A (zh) * | 2013-01-27 | 2013-05-01 | 中国科学院电工研究所 | 一种电动汽车无线充电装置及其输出控制方法 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103280901A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 苏州源辉电气有限公司 | 一种基于无线电能传输的移动设备供电系统 |
| CN105637373B (zh) * | 2013-10-30 | 2019-06-18 | 罗姆股份有限公司 | 无线受电装置及其控制电路、使用了它的电子设备、接收功率的计算方法 |
| CN105637373A (zh) * | 2013-10-30 | 2016-06-01 | 罗姆股份有限公司 | 无线受电装置及其控制电路、使用了它的电子设备、接收功率的计算方法 |
| CN104300592A (zh) * | 2013-12-29 | 2015-01-21 | 新疆信息产业有限责任公司 | 基于t5336和丙类放大电路的收发器 |
| US10566843B2 (en) | 2014-07-15 | 2020-02-18 | Qorvo Us, Inc. | Wireless charging circuit |
| US10224759B2 (en) | 2014-07-15 | 2019-03-05 | Qorvo Us, Inc. | Radio frequency (RF) power harvesting circuit |
| US10559970B2 (en) * | 2014-09-16 | 2020-02-11 | Qorvo Us, Inc. | Method for wireless charging power control |
| US20160079799A1 (en) * | 2014-09-16 | 2016-03-17 | Rf Micro Devices, Inc. | Method for wireless charging power control |
| CN105720700A (zh) * | 2014-12-22 | 2016-06-29 | 施耐德电气（澳大利亚）有限公司 | 电源插座中的感应功率传输系统 |
| CN104779672B (zh) * | 2015-04-21 | 2016-10-12 | 东南大学 | 一种适用于电池性负载的无线充电系统 |
| CN104779672A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-15 | 东南大学 | 一种适用于电池性负载的无线充电系统 |
| CN104767292A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-08 | 东南大学 | 一种多电压等级间自适应切换的直流负载无线供电系统 |
| CN108845275A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-11-20 | 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 | 基于电磁钳的开关电源高低压耦合衰减特性测试系统 |
| CN110233524B (zh) * | 2019-06-24 | 2023-09-26 | 天津大学 | 模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统 |
| CN110233524A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-13 | 天津大学 | 模拟控制的自谐振、超静音无线供电系统 |
| CN112332546B (zh) * | 2019-08-05 | 2023-11-03 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种无线输电设备和负载设备 |
| CN112332546A (zh) * | 2019-08-05 | 2021-02-05 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种无线输电设备和负载设备 |
| CN112531923A (zh) * | 2019-09-17 | 2021-03-19 | 广州腾龙电子塑胶科技有限公司 | 一种双频无线传输电能及信号系统 |
| CN112952948A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-11 | 吉成无线（深圳）有限公司 | 远距离自适应无线充电系统的控制方法及无线充电器 |
| CN116707160A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-09-05 | 荣耀终端有限公司 | 一种无线充电控制方法及无线充电系统 |
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