CN105515141A - 一种桌面无线群充系统 - Google Patents

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蒋伟
莫岳平
史旺旺
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Abstract

一种适用于会议、饭店、娱乐场所的桌面无线群充系统，属于电力电子变换技术领域，特别是一种无线传能系统。该系统包括与桌面集成的与发射源、发送侧线圈、中继线圈、带有接收线圈的受电负载和基于微控制器的能量管理系统组成。本发明的效果在于，可实现一个发射源和多个负载的能量传递，可以跟踪系统的最佳频率保证系统稳定运行，可以管理负载的切入与切出，可以甄别异物，可以针对受电负载进行电能的补充和计费。

Description

一种桌面无线群充系统
技术领域
本发明属于电力电子变换技术领域，特别是一种无线传能系统。
背景技术
目前手机、便携式电脑等移动式电子设备的个人拥有量逐年提升，充电问题逐渐成为设备拥有者的困扰，由于公共场所基础设施的建设会首先考虑到成本和安全问题，很少提供为便携设备充电的插座及充电器，所以目前在公共场所主要以集中式柜台的形式为便携电子设备拥有者提供收费或免费的充电服务，而便携电子设备拥有者需要在附近等候充电完成。便携式充电电池（充电宝）也可以完成对便携电子设备的充电，其局限性在于：1.容量有限；2.自重大；3.无法为多个装置同时充电；4.携带受交通方式限制。无线充电技术可以用电磁感应、磁谐振、电场耦合等不同形式实现。目前市场上已有的无线充电器只能实现1对1的充电，且无线电能的发送端也需要用电线连接至直流或交流输入，在空间上无法与桌面很好融合。同时目前对于公众场所充电的收费方式还局限于投币方式，对于运营者而言，需要耗费额外人力资源进行收费的管理。
发明内容
为了解决会议、饭店、娱乐场所等公众场所为便携电子设备充电问题，本发明提出一种可以与桌面集成的无线充电系统。
本发明包括非导电材料制成的桌面，其特征在于，还包括与所述桌面集成的发射线圈，在所述桌面上分布分别与发射线圈耦合的若干中继线圈；连接在工频单相交流电一侧的整流电路的输出端连接高频逆变电路，高频逆变电路通过发射补偿电路与所述发射线圈连接，各中继线圈分别与对应的一组补偿电路连接形成闭合回路；所述桌面无线群充系统还设有基于微控制器的能量管理系统，所述基于微控制器的能量管理系统具有通过电压和电流相位比较定时更新发射源输出方波相位以跟踪系统谐振频率、控制发射线圈电流有效值限制充电系统的容量、通过开放式协议对受电负载进行切入、切出和甄别、对受电负载进行电能的补充和计费的功能。
本发明的发射线圈和中继线圈形成一对多的无线能量传输途径，对异型桌面等非平整底面或表面结构具有良好的能量传递效果，该无线群充系统适用于会议、饭店、娱乐场所，可对具有协议的便携电子装置进行电能的补充和计费。
该系统可实现一个发射源和多个负载的能量传递，可以跟踪系统的最佳频率保证系统稳定运行，可以管理负载的切入与切出，可以甄别异物，可以针对受电负载进行电能的补充和计费。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1）可以实现在桌面上进行一对多无线充电；2）具有负载探测、通信的功能，可以节约电能以及避免金属异物导致的安全隐患；3）可以通过获取受电负载的识别号进行电能的补充和计费。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明的桌面无线群充系统包括非导电材料制成的桌面3，集成在与桌面3背部的发射线圈2，在桌面3上表面分布有分别与发射线圈2耦合的若干中继线圈4，5为受电负载。
发射源1由输入EMI滤波器、桥式二极管整流器、功率因数校正变换器组成的整流电路B和高频逆变电路C组成的全桥式逆变器级连构成。发射源输入接单相工频交流市电A，发射源输出为单相高频方波电压，其输出端口级联发射侧补偿电路D后接至发射线圈2。发射线圈2可以通过非金属夹具安装于桌面3之下。发射源的工作频率处于20kHz至20MHz之间，功率处于20W-1kW之间。
各中继线圈4分别与对应的一组补偿电路（如电容）6连接形成闭合回路。
桌面无线群充系统还设有基于微控制器的能量管理系统，基于微控制器的能量管理系统，有三层管理策略：第一层为底层管理策略，通过电压和电流相位比较以100us的周期定时更新发射源输出方波相位以跟踪系统谐振频率；以100us的更新周期控制发射线圈电流有效值，可以限制充电系统的容量，维持系统稳定运行。第二层为负载管理策略，无受电负载时，每隔1s使用5ms时长的电压脉冲探测负载是否存在，此脉冲的频率与系统设定的谐振频率相同，例如200kHz；一旦确认有负载处于中继线圈附近，使用符合Qi等标准的开放式通信协议与受电负载进行通信，甄别接入负载是否为有效受电负载，如果有效通信建立，则开始准备传输，否则判断为异物，发出声音报警。如已有有效负载接入，发射源通过全桥式逆变器输入电流的平均值判别是否有新负载接入，使用符合Qi等标准的通信协议与新接入的受电负载进行通信，甄别接入负载是否为有效受电负载。当受电负载切出后，负载管理系统通过电流判别负载切出状态，当所有负载切出后，发射源进入定时探测负载状态。第三层为电能的补充和计费状态，采用按发射源定时计费方式，发射源将受电负载的识别码信息传至后台收费系统，后台收费系统将受电负载的识别码与付费系统中登记的受电负载的识别码进行比对，如有一个或以上的受电负载的识别码配对成功，则发射源进入无线功率传输模式。
使用时，将带有接收线圈的受电负载放置于中继线圈之上。

Claims (1)

1.一种桌面无线群充系统，包括非导电材料制成的桌面，其特征在于，还包括与所述桌面集成的发射线圈，在所述桌面上分布分别与发射线圈耦合的若干中继线圈；连接在工频单相交流电一侧的整流电路的输出端连接高频逆变电路，高频逆变电路通过发射补偿电路与所述发射线圈连接，各中继线圈分别与对应的一组补偿电路连接形成闭合回路；所述桌面无线群充系统还设有基于微控制器的能量管理系统，所述基于微控制器的能量管理系统具有通过电压和电流相位比较定时更新发射源输出方波相位以跟踪系统谐振频率、控制发射线圈电流有效值限制充电系统的容量、通过开放式协议对受电负载进行切入、切出和甄别、对受电负载进行电能的补充和计费的功能。
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