CN104124769A - 无线供电电源控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线供电电源控制系统和方法，所述系统包括：无线供电发射端装置、无线供电接收端装置，所述无线供电发射端装置对所述无线供电接收端装置无线供电，所述无线供电接收端装置检测自身工作状态，当检测工作在待机状态时，所述无线供电接收端装置发送控制信号，控制所述无线供电发送端装置进行断续供电。本发明提供的系统和方法可使无线电力控制系统中的无线供电接收端工作在待机状态时，减小整个无线电力传输系统的功耗。

Description

无线供电电源控制系统和方法

技术领域

本发明涉及电气自动化和通信领域，尤其涉及一种无线供电电源控制系统和方法。

背景技术

自电磁感应现象及导线可以传输电能被人类发现至今，电能的传输主要是由导线直接接触进行输送的，但是这种方式在使用中存在接触火花和不安全裸露导体引起触电等安全隐患，无线电力传输技术可以弥补这些不足。利用电磁感应方式将电能传输到所用产品的新型技术，可以为手提电脑等移动设备、电热水器等家用电器、电动工具、照明、医疗等设备随时无线充电。

电源系统的转换效率是其负载电流大小的函数，一般来说，在轻负载的情况下，随着负载电流的减少，电源系统本身的耗电占整个系统功耗的比重越来越大，导致电源系统的转换效率越来越低。在现有技术中，无线电力传输系统在副边电器待机时采用原边电源系统持续供电的方式，该控制方式的主要缺点是在待机时大量的能量被发射器自身所消耗，导致系统的传输效率很低，待机功耗很大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无线供电电源控制系统和方法，在无线传输系统中，根据无线供电接收端的不同的工作状态，动态调整无线供电发送端的供电时间，保证无线供电接收端工作在待机状态时，减小整个无线电力传输系统的功耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种无线供电电源控制系统，所述系统包括：无线供电发射端装置、无线供电接收端装置，所述无线供电发射端装置对所述无线供电接收端装置无线供电，所述无线供电接收端装置检测自身工作状态，当检测工作在待机状态时，所述无线供电接收端装置发送控制信号，控制所述无线供电发送端装置进行断续供电。

进一步地、所述无线供电发送端装置包括：原边电源和原边电源控制部件，所述原边电源控制部件接收所述无线供电接收端装置发送的控制信号，根据所述控制信号控制所述原边电源断续供电。

进一步地、所述原边电源进一步包括恒流源和逆变模块，其中，所述逆变模块包括开关器件和谐振电路，所述原边电源控制部件根据收到所述控制信号，控制所述开关器件的通断状态以调整所述谐振电路的工作时间，通过改变所述谐振电路的工作时间，控制所述原边电源断续供电。

进一步地、所述原边电源控制部件进一步包括微处理器和驱动电路，其中：所述微处理器根据收到的所述控制信号，产生相应的驱动信号，该驱动信号经过所述驱动电路放大处理，控制所述开关器件的通断状态。

进一步地、所述的无线供电发送端装置进一步包括反馈报警电路，所述反馈报警电路检测所述原边电源的输出电压，当所述的输出电压大于预定的最大阈值或者小于预定的最小阈值时，触发反馈报警电路报警。

进一步地、所述无线供电接收端装置包括：负载、副边电源、副边检测部件和状态判断部件，所述副边电源向所述负载供电，所述副边检测部件检测所述副边电源的输出电压值和输出电流值，所述状态判断部件根据所述的输出电压值和输出电流值，产生相应的控制信号发送至所述无供电线发送端装置。

进一步地、当检测的所述输出电流值小于电流阈值，且检测的所述输出电压值大于最大电压阈值时，所述状态判断部件向所述无线供电发送端装置发送副边待机状态信号，控制所述无线供电发送端装置停止供电；当检测的所述输出电流值小于电流阈值，且检测的所述输出电压值小于最小电压阈值时，所述状态判断部件向所述无线供电发送端装置发送副边正常工作信号，控制所述无线供电发送端装置开启供电。

进一步地、所述无线供电接收端装置进一步包括报警电路，当所述检测的输出电流值大于所述电流阈值，且检测的所述输出电压值超过额定电压阈值范围时，触发报警电路报警。

相应地、本发明还公开了一种无线供电电源控制方法，包括无线供电发射端装置、无线供电接收端装置，所述方法包括：

所述无线供电接收端装置检测自身工作状态，当检测工作在待机状态时，所述无线供电接收端装置发送控制信号；

所述无线供电发送端装置根据收到的所述控制信号断续供电。

本发明通过根据无线传输系统中的无线供电接收端的不同的工作状态，动态调整无线供电发送端的供电时间，当无线供电接收端工作在待机状态时，控制无线供电发送端断续供电，同时通过控制无线供电发送端停止供电的时间，保证在无线供电发送端停止供电的过程中，无线供电接收端电压的连续性，减小无线供电接收端在待机时，整个无线电力传输系统的功耗。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例所示的无线供电电源控制方法的实现流程图；

图2是根据本发明第二实施例所示的无线供电电源控制系统的结构示意图；

图3是根据本发明第二实施例所示的无线供电发送端装置的结构示意图；

图4是根据本发明第二实施例所示的无线供电接收端装置的结构示意图；

图5是根据本发明第二实施例所示的无线供电接收端装置的电路示意图；

图6是根据本发明第二实施例所示的无线供电接收端装置判断自身工作状态的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

在图1中示出了本发明的第一实施例。

图1为根据本发明第一实施例的无线供电电源控制方法的实现流程100，该实现流程100详述如下：

步骤101、检测无线供电接收端装置工作状态。

步骤102、判断无线供电接收端装置是否工作在待机状态。若是，执行步骤103；否则，执行步骤101。

步骤103、控制无线供电发送端断续供电。

在图2中示出了本发明的第二实施例。

图2为根据本发明第二实施例的无线供电电源控制系统200，该无线供电电源控制系统200包括：无线供电发送端装置201和无线供电接收端装置202。其中，无线供电发射端装置201对无线供电接收端装置202无线供电。无线供电接收端装置202检测自身工作状态，当检测工作在待机状态时，无线供电接收端装置202发送控制信号，控制所述无线供电发送端装置201进行断续供电。

在本实施例中，无线供电发送端装置201通过电磁耦合的方式对无线供电接收端装置202进行无线供电。一种实现方法为：

无线供电发送端装置201中包括耦合器（未示出）的原边线圈，所述无线供电接收端装置202中包括该耦合器的副边线圈，通过将所述原边线圈与所述副边线圈分离，实现无线供电发射端装置201对所述无线供电接收端装置202的无线供电。

在本实施例的一个优选的实施方式中，无线供电发送端装置的结构示意图如图3所示。该无线供电发送端装置201包括：恒流源2011、逆变电路2012、耦合器原边线圈2013、驱动电路2014、反馈电路2015、微处理器2016和无线通信模块2017。

在本实施方式中，恒流源2011产生持续稳定的电流，提供给逆变电路2012。

优选的，逆变电路2012采用单相全桥逆变的方式，逆变电路2012包括：逆变全桥电路和谐振电路。逆变全桥电路完成直流电到交流电的变换，谐振电路滤除谐波成分以获取所需频率的交流电源。其中，逆变全桥中包括多个开关器件，例如：MOSFET（MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管）或者IGBT（Instulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管），通过控制开关器件的通断，完成直流电到交流电的变换。

逆变电路2012将经过变换的交流电传送至耦合器原边线圈2013，通过耦合器原边线圈2013向外供电。

无线通信模块2017以无线的方式接收控制信号并将该控制信号发送至微处理器2016。

微处理器2016根据收到的控制信号，产生相应的驱动信号，该驱动信号经过驱动电路2014放大处理，控制逆变电路2012中开关器件的通断状态：

当微处理器2016收到副边待机状态信号，通过产生相应的驱动信号，控制逆变电路2012中开关器件的通断状态使得谐振电路停止振荡，控制无线供电发送端装置停止供电；

当微处理器2016收到副边正常工作信号，通过产生相应的驱动信号，控制逆变电路2012中开关器件的通断状态使得谐振电路开始振荡，控制无线供电发送端装置开启供电。

反馈电路2015检测逆变电路2012通过耦合器原边线圈2013提供的供电参数，例如：供电电压，并将供电参数传送至微处理器2016，当所述的供电参数超过合理的参数取值范围时，微处理器2016触发报警。

在本实施例的一个优选的实施方式中，无线供电接收端装置的结构示意图如图4所示。该无线供电接收端装置202包括：耦合器副边线圈2021、副边电源2022、负载2023、副边检测部件2024、状态判断部件2025、无线通信模块2026和报警电路2027。

在本实施方式中，耦合器副边线圈2021将收到的电能传送至副边电源2022，副边电源2022为负载2023供电。副边检测部件2024检测副边电源2022的输出电压值和输出电流值并将所述的电压测量值和所述的电流测量值传送至状态判断部件2025，状态判断部件2025根据所述的输出电压值和输出电流值，判断负载2023的工作状态，并根据负载2023的工作状态，产生相应的控制信号，无线通信模块2026接收所述的控制信号并将该信号以无线的方式发送。当副边检测部件2024检测的电压输出值或者电流输出值超过预定的阈值范围时，触发报警电路2027报警。

在本实施方式中，无线供电接收端装置的电路示意图如图5所示。在图5中，无线供电接收端装置的电路示意图中包括电路501、电路502和电路503。

如电路501所示：耦合器副边线圈L1接收电能供负载使用，如果负载需要的电源为直流电源，需要首先将通过L1接收的交流电转换为直流电，转换电路为整流桥Bridge。

当无线供电发送端装置停止供电时，储能元件C4和C5可以作为电源向负载放电，以保证负载两端电压的连续性，通过适当的选取C4与C5的电容值以及无线供电发送端装置停止供电的时间，可以保证负载两端电压的连续性。C4和C5电容值选取的越大，允许无线供电发送端装置停止供电的时间越长。

L2和C5的相交位置的电压值V即为副边电源的输出电压值。

通过电感耦合器T2、电容C、电阻R和二极管ZD1构成的测试电路，可以测量副边电源的输出电流，通过在I-in位置的测试电流值，即为副边电源的输出电流值。

如电路503所示，L2和C5的相交位置的电压值送入电路503的输入端，通过电路503的处理，可以得到3个测试信号：输出电压值是否大于最大电压阈值的确定信号CPU-14、输出电压值是否小于最小电压阈值的确定信号CPU-18和输出电压通过AD采样后得到的输出电压值CPU-6。

如电路502所示，测试信号CPU-18、CPU-14、CPU-6、I-in被送入MCU中处理，判断负载的工作状态，判断结果通过SPI通信模块以无线的形式传输至无线供电发送端装置。

其中，MCU判断负载工作状态的实现流程600如图6所示。该实现流程600详述如下：

步骤601、发送副边正常工作信号。

步骤602、延迟一段时间。

该时间可由用户自由设定，例如5s、10s或15s。该时间设定的越短，无线供电接收端装置对自身负载的监控越频繁。

步骤603、判断输出电流值是否低于电流阈值。当输出电流低于电流阈值时，执行步骤604；否则，执行步骤601。

当负载处于待机状态时，负载上消耗的功率会小于功率阈值，例如：30W，则当检测负载功率小于30W时，可以判断负载处于待机状态，负载正常工作时，工作电压应在一个近似为一个恒定值，例如：220V，可通过仅判断输出电流，例如：小于0.15V，来确定负载的工作状态。

步骤604、判断输出电压值是否低于最小电压阈值。若是，执行步骤601；否则，执行步骤605。

当无线供电发送端装置停止供电时，负载电压主要通过图5中所示的储能元件C4和C5供电，通过增大C4和C5的电容值，可以增大对负载的供电时间，通过判断C4和C5两端的电压范围，确定是否需要无线供电发送端装置对负载重新供电。

在本实施例中，通过对C4和C5电容值的选取，最大电压阈值设为400V，最小电压阈值设为240V。

当输出电压值小于240V时，需要无线供电发送端装置重新供电。

步骤605、判断输出电压值是否高于最大电压阈值。若是，执行步骤606；否则，执行步骤604。

步骤606、发送副边待机状态信号。

在本实施例中，通过选取的C4和C5的电容值，可以判定这两个储能元件的放电时间，因此可以设定一段固定的时间令无线供电发送端装置停止供电。

例如，当无线供电发送端装置收到无线供电接收端装置发送的副边待机状态信号后，控制谐振电路停止工作200ms，再接收无线供电接收端装置发送的控制信号。

在本实施例的一个优选的实施方式中，当输出电流值高于电流阈值时，MCU检测输出电压值是否位于正常的电压阈值范围内，例如：209V-231V，若是，正常工作；否则，MCU触发报警。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种无线供电电源控制系统，所述系统包括：无线供电发射端装置、无线供电接收端装置，所述无线供电发射端装置对所述无线供电接收端装置无线供电，其特征在于，所述无线供电接收端装置检测自身工作状态，当检测工作在待机状态时，所述无线供电接收端装置发送控制信号，控制所述无线供电发送端装置进行断续供电。

2.根据权利要求1所述的无线供电电源控制系统，其特征在于，所述无线供电发送端装置包括：原边电源和原边电源控制部件，所述原边电源控制部件接收所述无线供电接收端装置发送的控制信号，根据所述控制信号控制所述原边电源断续供电。

3.根据权利要求2所述的无线供电电源控制系统，其特征在于，所述原边电源进一步包括恒流源和逆变模块，其中，所述逆变模块包括开关器件和谐振电路，所述原边电源控制部件根据收到所述控制信号，控制所述开关器件的通断状态以调整所述谐振电路的工作时间，通过改变所述谐振电路的工作时间，控制所述原边电源断续供电。

4.根据权利要求3所述的无线供电电源控制系统，其特征在于，所述原边电源控制部件进一步包括微处理器和驱动电路，其中：所述微处理器根据收到的所述控制信号，产生相应的驱动信号，该驱动信号经过所述驱动电路放大处理，控制所述开关器件的通断状态。

5.根据权利要求4所述的无线供电电源控制系统，其特征在于，所述的无线供电发送端装置进一步包括反馈报警电路，所述反馈报警电路检测所述原边电源的输出电压，当所述的输出电压大于预定的最大阈值或者小于预定的最小阈值时，触发反馈报警电路报警。

6.根据权利要求1所述的无线供电电源控制系统，其特征在于，所述无线供电接收端装置包括：负载、副边电源、副边检测部件和状态判断部件，所述副边电源向所述负载供电，所述副边检测部件检测所述副边电源的输出电压值和输出电流值，所述状态判断部件根据所述的输出电压值和输出电流值，产生相应的控制信号发送至所述无供电线发送端装置。

7.根据权利要求6所述的无线供电电源控制系统，其特征在于，当检测的所述输出电流值小于电流阈值，且检测的所述输出电压值大于最大电压阈值时，所述状态判断部件向所述无线供电发送端装置发送副边待机状态信号，控制所述无线供电发送端装置停止供电；当检测的所述输出电流值小于电流阈值，且检测的所述输出电压值小于最小电压阈值时，所述状态判断部件向所述无线供电发送端装置发送副边正常工作信号，控制所述无线供电发送端装置开启供电。

8.根据权利要求6所述的无线供电电源控制系统，其特征在于，所述无线供电接收端装置进一步包括报警电路，当所述检测的输出电流值大于所述电流阈值，且检测的所述输出电压值超过额定电压阈值范围时，触发报警电路报警。

9.一种无线供电电源控制方法，包括无线供电发射端装置、无线供电接收端装置，其特征在于，所述方法包括：

所述无线供电接收端装置检测自身工作状态，当检测工作在待机状态时，所述无线供电接收端装置发送控制信号；

所述无线供电发送端装置根据收到的所述控制信号断续供电。