CN105703455B - 一种可检测异物的高效率无线充电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线充电领域，尤其是涉及到利用电磁感应技术的一种可检测异物的高效率无线充电器。一种可检测异物的高效率无线充电器，包括发送单元、接收单元、第一MCU、第一通讯电路、第二MCU、第二通讯电路、电池组和主功率开关，主功率开关关闭时，第一通讯电路检测第二通讯电路的信号，若检测到第二通讯电路的信号，则认为没有异物，第一MCU接收第一通讯电路信号并开启主功率开关，发送单元发送磁信号，接收单元接收发送单元的磁信号并转化为直流电为电池组充电；若第一通讯电路未检测到第二通讯电路的信号，则会继续关闭主功率开关。采用简单的电路结构可靠且稳定地检测异物，且效率高。

Description

一种可检测异物的高效率无线充电器

技术领域

本发明涉及无线充电领域，尤其是涉及到利用电磁感应技术的一种可检测异物的高效率无线充电器。

背景技术

无线充电器中，如果在无线充电器的发射端和接收端之间的充电载置台上放入金属异物，交流的磁场在金属中会产生涡流损耗产生热量，该热量会产生高温，发生火灾等安全事故。因此现有的无线充电装置中均需要具有异物检测功能的装置或检测方法。现有技术中，采用在充电载置台上表面纵横排列配置多个温度传感器，通过温度传感器对充电载置台上的异物产生的异常发热进行检测。但是该方法中，采用多个温度传感器不但使得整个无线充电器成本提高，使电路复杂化，而且由于温度传感器设置在送电线圈和受电线圈之间，扩大送电线圈与受电线圈的间隔而使得整个充电器的效率降低。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种可检测异物的高效率无线充电器，采用简单的电路结构可靠且稳定地检测异物，且效率高。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种可检测异物的高效率无线充电器，包括发送单元、接收单元、第一MCU、第一通讯电路、第二MCU、第二通讯电路、电池组和主功率开关，

主功率开关关闭时，第一通讯电路检测到第二通讯电路的信号，第一MCU接收第一通讯电路信号并开启主功率开关，发送单元发送磁信号，接收单元接收发送单元的磁信号并转化为直流电为电池组充电；

第一通讯电路未检测到第二通讯电路的信号时，则继续关闭主功率开关。

优选的，所述发送单元与所述接收单元采用电磁感应来实现能量耦合。

优选的，所述第一通讯电路与第二通讯电路采用RFID实现通讯。

进一步的，所述接收单元包括依次电连接的第二整流滤波电路、电压采集电路、开关电路和电流采样电阻，所述电压采集电路、电流采样电阻、开关电路、第二通讯电路均与第二MCU连接；

所述电压采集电路与所述电流采样电阻采集信号发送给第二MCU，第二MCU开启或关闭第二通讯电路和开关电路来调节输出的充电电压或充电电流大小。

更进一步的，所述发送单元包括依次串接的第一整流滤波电路、PFC电路、LLC驱动电路、第一谐振电感、谐振电容和采样电阻，且谐振电容通过采样电阻接地，采样电阻的另一端通过第一电流采样电路连接第一MCU。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明所提供的方案中，在关闭主功率开关时，采用第一通讯电路是否有检测到第二通讯电路的信号来判断是否有异物，若检测到第二通讯电路的信号，即没有异物时，才开启主功率开关；当第一通讯电路无法检测到第二通讯电路的信号，即认为有异物存在时，会继续关闭主功率开关，继续检测，如此重复进行。该装置结构简单，且在第一通讯电路与第二通讯电路实现通讯时，主功率开关均处于关闭状态，不会因为开关开启产生电磁干扰，影响RFID通讯效率，能有效防止异物存在而引起安全事故。

进一步的，本发明方案的接收单元去掉了现有充电模块中常用的直流转直流的模块，通过电压采集电路和电流采样电阻，采集输出端的电压和电流信号，若输出电压或电流超出设定值，直接采用第二MCU来关闭第二通讯电路和开关电路，从而控制发送单元的主功率开关和开关电路关闭，来降低输出电压或输出电流。不需要直流转直流模块，提高了整个充电器的效率。

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

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明无线发送端的结构示意图；

图2为本发明无线接收端的结构示意图；

图3为本发明无线充电器的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1和图2，本发明中一种可检测异物的高效率无线充电器，主要包括无线发送端和无线接收端。无线发送端主要包括发送单元、第一MCU105、第一通讯电路108、第一电流采样电路106和主功率开关107，其中发送单元又包括有第一整流滤波电路101、PFC电路102、LLC驱动电路103、第一谐振电感L1、谐振电容C1和采样电阻R1，且PFC电路102、第一MCU105和LLC驱动电路103均由辅助电源104供电，采用辅助电源104供电的方式，在无线充电器未进行电能传输时仅仅有辅助电源104工作，减少能源损耗，且谐振电容C1通过采样电阻R1接地，采样电阻R1的另一端通过第一电流采样电路106连接第一MCU105，当无线发送端出现过载或短路信号时，第一电流采样电路106采集到采样电阻R1中的异常电信号，会发送信息给第一MCU105，第一MCU105控制主功率开关107关断或降低主功率开关107的开启频率，从而达到短路和过载保护，第一通讯电路108并联有第二电感L2，所述第二电感L2储能为第一通讯电路108供电，且能将第一通讯电路108的信号发射出去。

参见图2，无线接收单元包括依次连接的第二谐振电感L3、第二整流滤波电路201、电压采集电路、开关电路202和电流采样电阻R4，所述电压采集电路、电流采样电阻R4、开关电路202均与第二MCU203连接，在无线接收单元的直流输出端连接有相互并联的输出滤波电容C2和电池包200，电池包200内设置有第二通讯电路205和电池组204，所述第二通讯电路205也与第二MCU203连接，第二通讯电路205与第四电感L4并联，第四电感L4为第二通讯电路205供电且与第二电感L2实现信息传递。优选的，所述电压采集电路由两个串联后连接到地的电阻R2和R3构成，电阻R2和R3的公共连接端与第二MCU203连接。

优选但不限于的，第一谐振电感L1通过电磁感应的方式与第二谐振电感L3实现能量的耦合和传递，第一通讯电路108与第二通讯电路205通过RFID的方式实现通讯。

通电后，本发明中无线充电器处于待机状态，第一MCU105设定主功率开关107的关闭和开启间隔时间。首先，主功率开关107处于关闭状态，这样不会有电磁干扰影响第一通讯电路108与第二通讯电路205的通讯效率，第一通讯电路108检测第二通讯电路205的信号，若检测到第二通讯电路205的信号，则没有检测到异物，第一MCU105接收到第一通讯电路108信号后并开启主功率开关107，火线L和零线N上的交流电通过保险丝FU后输入到第一整流滤波电路101，在经过PFC电路102转换为400V直流电压，带动LLC驱动电路103工作，LLC驱动电路103驱动第一谐振电感L1和谐振电容C1发送磁信号，接收端接收发送端的磁信号并转化为直流电为电池组204充电；若第一通讯电路108未检测到第二通讯电路205的信号，则认为检测到异物，假定第一MCU105设定主功率开关107的关闭和开启间隔时间为2秒，当然本发明对该间隔时间的具体值不作限定。则在2秒过后第一通讯电路108仍未检测到第二通讯电路205的信号，会继续关闭主功率开关107，停止电能从无线发送端传送到无线接收端，如此重复。该装置结构简单，且在第一通讯电路108与第二通讯电路205实现通讯时，主功率开关107均处于关闭状态，不会因为主功率开关107开启产生电磁干扰，影响第一通讯电路108与第二通讯电路205的通讯效率，能有效防止异物存在而引起安全事故。

本发明方案的接收单元去掉了现有充电模块中常用的直流转直流DC-DC的模块，通过电压采集电路(电阻R2和R3)和电流采样电阻R4，采集输出端的电压和电流信号，若输出电压或电流超出设定值，直接采用第二MCU203来关闭第二通讯电路205和开关电路202，当第一通讯电路108检测不到第二通讯电路205的信号，第一MCU105会控制发送单元的主功率开关107关闭，来降低输出电压或输出电流，当接收单元的输出端没有过压或过流反馈时，第一MCU105会开启主功率开关107、第二MCU203控制开关电路202，会逐渐增加输出电压或输出电流，一直达到平衡点。不需要直流转直流DC-DC模块，提高了整个充电器的效率。

参见图3，为本发明无线充电器的控制流程图。所述无线充电器处于厨师待机状态，主功率开关107处于关闭状态。第一通讯电路108开始检测电池包200，当检测到电池包200内的第二通讯电路205时，开启主功率开关107，火线L和零线N上的交流电通过保险丝FU后输入到第一整流滤波电路101，在经过PFC电路102转换为400V直流电压，带动LLC驱动电路103工作，LLC驱动电路103驱动第一谐振电感L1和谐振电容C1发送磁信号，接收端接收发送端的磁信号并转化为直流电为电池组204充电；当没有检测到第二通讯电路205时，关闭主功率开关107。在充电的过程中，第一MCU105和第二MCU203会分别检测无线发送端或无线接收端是否存在过压或过流，当无线发送端存在过压或过流时，第一MCU105关闭主功率开关；当无线接收端存在过压或过流时，直接采用第二MCU203来关闭第二通讯电路205和开关电路202，当第一通讯电路108检测不到第二通讯电路205的信号，第一MCU105会控制发送单元的主功率开关107关闭，来降低输出电压或输出电流，当接收端的输出端没有过压或过流反馈时，第一MCU105会开启主功率开关107、第二MCU203控制开关电路202，会逐渐增加输出电压或输出电流，一直达到平衡点。同时，在无线充电器处于正常充电状态时，第一MCU105会每隔Ton时间关闭主功率开关107，在关闭主功率开关107的过程中，会重复检测与电池包200是否能实现正常通讯，从而来判断是否存在异物。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可检测异物的高效率无线充电器，其特征在于：包括

发送单元、接收单元、第一MCU、第一通讯电路、第二MCU、第二通讯电路、电池组和主功率开关，

主功率开关关闭时，第一通讯电路检测到第二通讯电路的信号，第一MCU接收第一通讯电路信号并开启主功率开关，发送单元发送磁信号，接收单元接收发送单元的磁信号并转化为直流电为电池组充电；

第一通讯电路未检测到第二通讯电路的信号时，则继续关闭主功率开关；

所述接收单元包括依次电连接的第二整流滤波电路、电压采集电路、开关电路和电流采样电阻，所述电压采集电路、电流采样电阻、开关电路、第二通讯电路均与第二MCU连接；

所述电压采集电路与所述电流采样电阻采集信号发送给第二MCU，第二MCU开启或关闭第二通讯电路和开关电路来调节输出的充电电压或充电电流大小；

所述第二通讯电路与第四电感并联，第四电感为第二通讯电路供电且与第二电感实现信息传递；

所述接收单元去掉了现有充电模块中常用的直流转直流DC-DC的模块，通过所述电压采集电路和所述电流采样电阻，采集输出端的电压和电流信号，若输出电压或电流超出设定值，直接采用第二MCU来关闭第二通讯电路和开关电路，当第一通讯电路检测不到第二通讯电路的信号，第一MCU会控制所述发送单元的主功率开关关闭，来降低输出电压或输出电流，当所述接收单元的输出端没有过压或过流反馈时，第一MCU会开启主功率开关、第二MCU控制开关电路，会逐渐增加输出电压或输出电流，一直达到平衡点；

所述发送单元包括依次串接的第一整流滤波电路、PFC电路、LLC驱动电路、第一谐振电感、谐振电容和采样电阻，且PFC电路、第一MCU和LLC驱动电路均由辅助电源供电，采用辅助电源供电的方式，在无线充电器未进行电能传输时仅仅有辅助电源工作，减少能源损耗，且谐振电容通过采样电阻接地，采样电阻的另一端通过第一电流采样电路连接第一MCU；

当无线发送端出现过载或短路信号时，第一电流采样电路采集到采样电阻中的异常电信号，会发送信息给第一MCU，第一MCU控制主功率开关关断或降低主功率开关的开启频率，从而达到短路和过载保护，第一通讯电路并联有第二电感，所述第二电感储能为第一通讯电路供电，且能将第一通讯电路的信号发射出去。

2.如权利要求1所述的一种可检测异物的高效率无线充电器，其特征在于：所述发送单元与所述接收单元采用电磁感应来实现能量耦合。

3.如权利要求1所述的一种可检测异物的高效率无线充电器，其特征在于：所述第一通讯电路与第二通讯电路采用RFID实现通讯。