CN103460553B - 无线供电系统及其负载识别控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无线供电系统，包括原边和副边，在原边设置可以探测和读取射频标签的射频（RF）识别模块，与主控电路相连构成控制回路，副边设置写入相关信息的射频标签。比较器的一输入端接基准电压，另一输入端接逆变电路并监测该电路的电压，比较器的输出端与主控电路连接。通过射频识别模块来检测负载是否合法并确定负载的电气参数，有效地降低待机功耗并避免误充电；通过比较器判断负载变化，以重新调整电能传输参数。此外，还公开了一种无线供电系统负载识别控制方法。

Description

无线供电系统及其负载识别控制方法

技术领域

本发明涉及电气设备的无线供电系统及其负载识别控制方法。

背景技术

随着科技的进步，无线电力传输技术的应用日益广泛，人们的生活会变得更简便轻松，不再被各式各样的电源线所羁绊。目前，已有一些小型电子装置开始采用无线供电的方式来充电。如无线充电器、无线充电鼠标、手机等电子设备可以通过无线供电装置自动充电。

对于中功率(数百瓦)的无线供电系统，由于功率大，原边(发送端)与副边(接收端)处于深度耦合同步工作状态，负载的识别以及控制难度较大。比如，副边突然消失，原边仍处于工作状态，会造成系统故障。尤其是当一个原边面对N个不同功率的副边时，原边的识别适应和控制就不容易协调。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种无线供电系统及其负载识别控制方法，使用该方法电源发射端可以通过识别负载的相关参数，设置电源发射端相关参数，保障电源传输及使用效率，并且通过识别负载的有效性，提升无线供电系统的协调性和安全性。

另外，该方法可同时实现超低待机功耗的要求。

本发明的技术方案是：

在原边设置RFID射频识别模块电路，副边设置RFID射频标签。当副边放入原边线圈范围内时，RFID射频识别识别到负载，启动原边的电源电路。该模式主要是在检测负载时，有效地降低待机功耗。采用该方式，待机功耗可以降到1W以下，当电路正常工作时，射频识别模块停止工作；

原边设置检测电路。当副边负载设备移走时，原边线圈的电流产生变化，通过与比较器设置的基准电压进行比较，输出控制信号使主控电路(MCU)关断电源部分给逆变电路的供电，同时启动射频识别模块的电路，使其进入工作状态，系统进入待机状态。

一种无线供电系统，包括原边和副边，其特征是在原边设置可以探测和读取射频标签的射频识别模块，与主控电路相连构成控制回路，副边设置写入相关信息的射频标签。

进一步地，原边包括主控电路、逆变电路、原边线圈以及相应的电源电路。

进一步地，副边包括副边线圈及其整流等附属电路。

进一步地，工作时主控电路控制逆变电路将电能变成高频电输送到原边线圈，形成感应磁场，磁场中的副边线圈及其整流等附属电路输出电能送到负载设备中，完成电力无线传输。

由于设置可以探测和读取射频识别标签的射频识别模块电路，与主控制电路相连构成控制回路，副边设置写入相关信息的射频标签一旦与射频识别模块电路构成信息传送，主控电路就得到该负载的相关信息，控制程序就具有对应性。

为了解决副边负载设备移动或关闭造成的影响，逆变电路连接一检测电路与主控电路相连构成控制回路，当逆变电路的电参数改变，检测电路可以将副边负载设备移动或关闭的信息传给主控电路。本发明的检测电路采用比较器电路，比较器的一输入端接收基准电压，另一输入逆变电路的输出电压。比较器的输出端与主控电路控制入口连接。

另外，原边还包括频率采样电路和锁相环电路，以稳定逆变电路的频率。

射频标签包括设备编码存储器和用户存储器，所述设备编码存储器内存储的负载标签信息为验证码，所述用户存储器内存储的负载标签信息为负载的电气参数信息。所述电气参数信息包括负载的输入电压、输入电流、额定功率、负载类型以及频率。

本发明实施例提供的无线供电系统的负载识别控制方法包括：(c)、启动射频识别模块以持续检测副边状况；(d)、判断副边是否存在负载标签信息；(e)、若有负载标签信息，则获取该标签信息；(g)、判断该负载标签信息是否合法；(h)、若标负载签信息合法，则确定负载的电气参数；(j)、根据负载的电气参数向负载传输电能，同时关闭射频识别模块；(k)、通过比较器检测逆变电压是否变化；以及(l)、若逆变电压有变化，则返回步骤(b)。

进一步地，在步骤(d)后还包括步骤(f)：若无标签信息，则返回步骤(d)。

进一步地，在步骤(g)后还包括步骤(i)：若标签信息不合法，则返回步骤(d)。

进一步地，在步骤(k)后还包括步骤(m)：若逆变电压无变化，则返回步骤(k)。

进一步地，在进行步骤(j)的同时，还进行步骤(n)：采样原边线圈的工作频率，并将采样频率与一基准频率进行比较，并根据比较结果实时控制系统工作在设定的频率上。

进一步地，步骤(e)包括：(e1)、获取负载标签信息中的验证码；以及(e2)、发送获取的验证码到主控电路。

进一步地，步骤(g)为将负载标签信息中的验证码与约定的验证码比较；若负载标签信息中的验证码与约定的验证码相同，则进行步骤(h)，若负载标签信息中的验证码与约定的验证码不同，则返回步骤(d)。

进一步地，步骤(h)包括：(h1)、获取负载的电气参数信息；(h2)、发送获取的电气参数信息到主控电路；(h3)、主控电路根据预设标签编码协议，解析电气参数信息；以及(h4)、根据解析结果确定负载的电气参数。

本发明通过射频识别模块来检测负载是否合法并确定负载的电气参数，有效降低系统待机功耗，并避免误充电而提升系统使用的安全性；通过比较器及时地判断负载的变化情况，以便根据负载的变化重新调整电能传输参数。此外，还锁相环跟踪逆变电路工作的频率，保证系统工作在设定的频率上。

本发明实施例提供的无线供电系统的供电装置，包括原边，其特征是在原边设置可以探测和读取射频标签的射频识别模块，与主控电路相连构成控制回路。

本发明的有益效果：

1.通过低功耗RFID读写器模块，实现对负载信息的实时检测，有效的降低系统待机功耗；

2.在电能传输过程中，通过锁相环判断负载变化，有效的解决了通过RFID模块识别判断延时的问题；

3.本系统支持多负载同时工作，通过RFID实现对各负载电气参数的判断，从而动态改变电能传输参数，提升了系统整体的能效；

4.通过RFID标签判断负载的合法性，有效的避免了对类似线圈及金属等物体的误充电，提升系统使用的安全性。

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

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的无线供电系统的结构框图。

图2是本发明一实施例的无线供电系统的负载的射频识别标签的解析示意图。

图3是本发明基于RFID技术的负载识别系统工作主流程图。

图4是本发明负载信息识别工作流程图。

图5是比较器电路原理图。

图6是锁相环电路原理图。

具体实施方式

图1所示为本发明一实施例的无线供电系统的结构框图。该无线供电系统的副边可设置负载，如电子设备1、电子设备2......电子设备N，其中N大于等于0。该无线供电系统的原边包括主控电路410、逆变电路(即开关电路)440、原边线圈450、比较器460，以及相应的电源电路(包含控制部分的工作电源和开关电路的工作电源)。逆变电路440的输入端与主控电路410连接，其输出端与原边线圈450连接。射频识别模块420设置在无线供电系统原边，可以探测和读取RFID射频标签，并与主控电路410相连构成控制回路。下面以负载200为例进行说明。

无线供电系统的副边设置在负载200上，包括副边线圈210、功率转换电路220以及存储有负载信息的射频识别标签230。射频识别标签例如为RFID射频卡。

工作时主控电路410控制逆变电路440将电能变成高频电输送到原边线圈450，形成感应磁场，磁场中的副边线圈210及其整流等附属电路输出电能送到负载设备中，完成电力无线传输。

由于设置可以探测和读取RFID射频标签的射频识别模块420，与主控电路410相连构成控制回路，副边设置的写入相关信息的射频识别标签230一旦与射频识别模块420构成信息传送，主控电路410就得到该负载的相关信息，控制程序就具有对应性。

为了解决副边负载设备移动或关闭造成的影响，逆变电路440连接一检测电路与主控电路410相连构成控制回路，当逆变电路440的电参数改变，检测电路可以将副边负载设备移动或关闭的信息传给主控电路440。本发明的检测电路采用比较器电路460，比较器460的一输入端接收基准电压，另一输入逆变电路440的输出电压。比较器460的输出端与主控电路410控制入口连接。

另外，原边还包括频率采样电路470、锁相环480，以稳定逆变电路440的频率。

如图2所示，无线供电系统的负载的射频识别标签的解析示意图。

射频识别标签230的数据存储区分为设备编码存储器232以及用户存储器236，设备编码存储器232内存储的数据为验证码，用户存储器236内存储的数据从第一位开始，分别表示负载的输入电压、输入电流、额定功率、负载类型以及频率，其中输入电压、输入电流、额定功率以及频率直接存储为相应的数值，负载类型分为阻性和感性两种，所对应的数值分别为01和02。可以采用被动式射频卡。

工作过程说明如下。

在待机状态时，射频识别模块420工作，对负载进行检测。当负载200放入原边线圈范围内时，射频识别模块420识别到负载200，启动原边的电路。该模式主要是在检测负载时，有效地降低待机功耗。采用该方式，待机功耗可以降到1W以下；

当系统处于正常工作时，射频识别模块420停止工作；

在负载200移走时，原边线圈450的电流产生变化，通过与比较器460设置的基准电压进行比较，当比较器460输出发生变化时，主控电路410将启动射频识别模块420，使其进入工作状态；同时关断电源部分给逆变电路440的供电，进入待机状态。

频率采样电路470与锁相环电路480连接，频率采样电路470从原边线圈450处采样电压获取线路的工作频率，并将该工作频率提供给锁相环电路480，锁相环电路480接收控制电路410提供的基准频率，锁相环480的输出端与主控电路410连接，并根据基准频率以及频率采样电路470送来的工作频率的比较结果向主控电路410反馈系统的工作频率情况，以对逆变电路440工作的频率点进行跟踪，保证工作在设定的频率上，有效地解决大功率管子的发热问题，降低功耗。

请参看图3，本发明一实施例的无线供电系统的控制方法包括如下步骤：

当开启无线供电系统的原边的电源开关时，原边处于待机状态，无电能传输，此时射频识别模块处于工作状态，并一直检测是否有负载标签存在；

当检测到负载标签时，射频识别模块首先获取负载标签信息，并判断此标签信息是否为合法信息(即判断该负载是否为电源发射模块所支持的负载)，如果不合法，则射频识别模块重新检测标签信息，如合法，则将负载标签信息发送至主控电路；

主控电路收到标签信息后，根据预设标签编码协议，判断负载的相关电气参数，如负载属性、工作电压、功率等，并根据此负载的电气参数开始电能传输，并同时停止射频识别模块工作；

在电能传输的时候，锁相环会一直监控原边线圈电压，如果此电压值改变(说明负载被拿走或增加新的负载)，则停止电能传输，并重新启动射频识别模块；

射频识别模块将重新获取标签信息，以判断是否存在负载或根据新的负载信息，重新调整电能传输参数。

如图4所示，本发明一实施例的负载相关信息识别流程包括步骤：

射频识别模块读取负载标签的设备编码存储器获取负载标签中的验证码，读取后将验证码数据发送至主控电路；

通过主控电路判断获取的验证码数据与约定的负载验证码是否相同，如果相同则说明负载合法，可以对负载正常供电，如果不同，则说明原边不支持该负载；

如果负载合法，则主控电路控制射频识别模块读取负载标签的用户编码存储器以获取负载电气信息，读取后将数据发送至主控电路，按照已约定标准进行数据解析，从而得到负载相关电气参数，包括输入电压、输入电流、额定功率、负载类型、频率；

主控电路按照负载电气参数，控制原边开始相应的电能传输。

参见图5及图6，分别为本发明实施例里的比较器和锁相环电路的原理图。

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。

工业实用性

本发明通过射频识别模块来检测负载是否合法并确定负载的电气参数，有效降低系统待机功耗，并避免误充电而提升系统使用的安全性；通过比较器及时地判断负载的变化情况，以便根据负载的变化重新调整电能传输参数。此外，还锁相环跟踪逆变电路工作的频率，保证系统工作在设定的频率上。

Claims (11)

1.一种无线供电系统，包括原边和副边，其特征是在原边设置可以探测和读取射频标签的射频识别模块，与主控电路相连构成第一控制回路，副边设置写入相关信息的射频标签；

所述原边包括主控电路和逆变电路、原边线圈、用于稳定逆变电路频率的频率采样电路和锁相环电路；

所述逆变电路连接一检测电路与主控电路相连构成第二控制回路；

所述检测电路采用比较器电路，比较器的一输入端接收基准电压，另一输入端接收逆变电路的输出电压，比较器的输出端与主控电路连接；

所述频率采样电路与所述锁相环电路连接，所述频率采样电路从所述原边线圈处采样电压获取线路的工作频率，并将该工作频率提供给所述锁相环电路，所述锁相环电路接收所述主控电路提供的基准频率，所述锁相环电路的输出端与所述主控电路连接，并根据基准频率以及所述频率采样电路送来的工作频率的比较结果向所述主控电路反馈系统的工作频率情况，以对所述逆变电路工作的频率点进行跟踪。

2.根据权利要求1所述的无线供电系统，其特征是所述副边包括副边线圈及其整流电路。

3.根据权利要求1所述的无线供电系统，其特征是所述射频标签包括设备编码存储器和用户存储器，所述设备编码存储器内存储的负载标签信息为验证码，所述用户存储器内存储的负载标签信息为负载的电气参数信息，所述电气参数信息包括负载的输入电压、输入电流、额定功率、负载类型以及频率。

4.一种无线供电系统的负载识别控制方法，包括：

(c)、启动射频识别模块以持续监测副边状况；

(d)、判断副边是否存在负载标签信息；

(e)、若有负载标签信息，则获取该标签信息；

(g)、判断该负载标签信息是否合法；

(h)、若负载标签信息合法，则确定负载的电气参数；

(j)、根据负载的电气参数向负载传输电能，同时关闭射频识别模块；

(k)、通过比较器检测逆变电压是否变化；以及

(l)、若逆变电压有变化，则返回步骤(c)；

在进行步骤(j)的同时，还进行步骤(n)：频率采样电路从原边线圈处采样电压获取线路的工作频率，并将该工作频率提供给锁相环电路，所述锁相环电路接收主控电路提供的基准频率，所述锁相环电路的输出端与所述主控电路连接，并根据基准频率以及所述频率采样电路送来的工作频率的比较结果实时控制系统工作在设定的频率上，其中，所述频率采样电路与所述锁相环电路连接。

5.根据权利要求4所述的无线供电系统的负载识别控制方法，其特征在于：在步骤(d)后还包括步骤(f)：若无标签信息，则返回步骤(d)。

6.根据权利要求4所述的无线供电系统的负载识别控制方法，其特征在于：在步骤(g)后还包括步骤(i)：若标签信息不合法，则返回步骤(d)。

7.根据权利要求4所述的无线供电系统的负载识别控制方法，其特征在于：在步骤(k)后还包括步骤(m)：若逆变电压无变化，则返回步骤(k)。

8.根据权利要求4所述的无线供电系统的负载识别控制方法，其特征在于：步骤(e)包括：

(e1)、获取负载标签信息中的验证码；以及

(e2)、发送获取的验证码到主控电路。

9.根据权利要求4所述的无线供电系统的负载识别控制方法，其特征在于：步骤(g)为将负载标签信息中的验证码与约定的验证码比较；若负载标签信息中的验证码与约定的验证码相同，则进行步骤(h)，若负载标签信息中的验证码与约定的验证码不同，则返回步骤(d)。

10.根据权利要求4所述的无线供电系统的负载识别控制方法，其特征在于：步骤(h)包括：

(h1)、获取负载的电气参数信息；

(h2)、发送获取的电气参数信息到主控电路；

(h3)、主控电路根据预设标签编码协议，解析电气参数信息；以及

(h4)、根据解析结果确定负载的电气参数。

11.一种无线供电系统的供电装置，包括原边，其特征是在原边设置可以探测和读取射频标签的射频识别模块，与主控电路相连构成第一控制回路；

所述原边包括主控电路和逆变电路、原边线圈、用于稳定逆变电路频率的频率采样电路和锁相环电路；

所述逆变电路连接一检测电路与主控电路相连构成第二控制回路；

所述检测电路采用比较器电路，比较器的一输入端接收基准电压，另一输入端接收逆变电路的输出电压，比较器的输出端与主控电路连接；

所述频率采样电路与所述锁相环电路连接，所述频率采样电路从所述原边线圈处采样电压获取线路的工作频率，并将该工作频率提供给所述锁相环电路，所述锁相环电路接收所述主控电路提供的基准频率，所述锁相环电路的输出端与所述主控电路连接，并根据基准频率以及所述频率采样电路送来的工作频率的比较结果向所述主控电路反馈系统的工作频率情况，以对所述逆变电路工作的频率点进行跟踪。