CN106130193A - 无线电能传输系统和无线电能传输控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无线电能传输系统和无线电能传输控制方法，可以根据负载的变化进而调节系统的通信速率，提高了无线电能传输系统的抗干扰能力。该无线电能传输系统的接收端包括输出功率采样模块，用来采集输出功率信号送入接收端MCU，接收端MCU判断功率的变化生成判断信号，并将该信号通过无线通信模块发射模块和无线通信接收模块发送至发射端MCU。发射端MCU具有通信监控功能，而且包括控制模块，可以根据接收端反馈的功率变化，判断当前的通讯速率是否能够正常稳定工作。若系统通信不稳定，将根据预设的通信速率等级自适应调整通讯速率，直至系统通信达到稳定状态。
Description
技术领域
本发明属于无线电传输领域，尤其涉及一种可自调节系统速率的无线电能传输系统。
背景技术
近年来，无线充电技术发展迅速，因其非接触、无电线连接、操作方便等特性，备受各厂商关注，各种各样的无线充电产品也相继问世。从整体上看，一个完整的无线充电系统包括两部分：无线电能发射端和无线电能接收端，而无线电能发射端和无线电能接收端通过磁场来传递能量，两者之间不用电线连接，无线电能发射端要获取无线电能接收端状态信息并进行能量传输的调节，就必须从接收端传送控制讯号到发射端再经解析后进行控制形成一个控制回路，信号的传送则由无线通信系统来完成。
当电能和信号同时传输时，一方面电能传输谐振系统形成的电磁场，会通过空间辐射对通信信号产生干扰；另一方面，由于通信控制回路所需的供电电压是电能传输电路产生的，电能传输过程中产生的噪声会通过线路连接窜到通信回路，噪声信号的干扰极容易使通信中断。一旦通信中断，系统的反馈回路断开变成开环系统，负载变化时，发射端无法根据负载变化及时进行调节，发射端输出功率与接收端的需求不匹配，系统就会出现欠压、过压、过流等现象，无法正常工作，严重时还会烧坏器件。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种无线电能传输系统和无线电能传输控制方法，该发明根据负载的变化进而调节系统的速率，提高了无线电能传输系统的抗干扰能力。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种无线电能传输系统，包括连接电网的无线发射端，以及可与无线发射端实现电能和通讯信号传输的无线接收端，无线发射端包括顺次串联的发射端整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈，无线接收端包括顺次串联的接收线圈、接收端整流滤波电路、DC/DC变换电路，无线发射端还包括电连接逆变电路的发射端MCU，以及可接收无线接收端通信信号的无线通信接收模块，无线通信接收模块连接发射端MCU,以将从无线接收端接收的通信信号发送至发射端MCU；
无线接收端还包括接收端MCU，连接接收端整流滤波电路输出端的整流电压采样电路，连接DC/DC变换电路输出端的输出功率采样模块用来采集输出电压和输出电流信号，以及发射通信信号的无线通信发射模块，其中，整流电压采样电路和输出功率采样模块的输出端都连接到接收端MCU；
整流电压采样电路采集整流后的电压信号送到接收端MCU，再经过无线通信发射模块和无线通信接收模块传送到发射端MCU，发射端MCU根据该电压信号形成控制信号驱动逆变电路，稳定接收端的整流电压；
输出功率采样模块采集输出功率信号(输出电压与输出电流的乘积)送入接收端MCU，接收端MCU判断功率的变化生成判断信号，并将该信号通过无线通信模块无线通信发射模块和无线通信接收模块发送至发射端MCU。发射端MCU具有通信监控模块，可以根据接收端反馈的功率变化，判断当前的通讯速率是否能够正常稳定工作。若系统通信不稳定，将根据预设的通信速率等级自适应调整通讯速率，直至系统通信达到稳定状态。
作为本发明的进一步优化，无线通信模块(无线通信发射模块和无线通信接收模块)在通信数据收发完成后，会将数据收发标志位置低，发射端MCU检测该标志位的状态，就可以监控通信是否正常。若在一定时间内，数据收发标志位没有置低，则发射端MCU判断为发生了一次通信中断，通过检测计数通信中断次数，来判断通讯的稳定性，自适应调整通信速率。
作为本发明的进一步优化，无线发射端还包括连接在发射端整流滤波电路输出端的发射端辅助电源，发射端辅助电源的输出端连接发射端MCU，为发射端MCU供电；无线接收端还包括连接在接收端整流滤波电路输出端的接收端辅助电源，接收端辅助电源的输出端连接到接收端MCU，为接收端MCU供电。
本发明还提供了一种无线电能传输控制方法，使用上述无线电能传输系统，包括以下步骤：
S1：启动无线电能传输系统；
S2：启动通信数据传输；
S3：接收端MCU采集当前时刻输出电压和输出电流信号，并与前一时刻信号值进行比较形成输出功率变化值；接收端MCU判断功率变化绝对值是否大于预设浮动值，如是，则执行S4；如否，则执行S7；
S4：接收端MCU根据输出功率变大或变小生成相应的判断信号，经由无线通信发射与接收模块传输到发射端MCU，若发射端MCU收到输出功率变大的判断信号，则执行S7；若发射端MCU收到输出功率变小的判断信号则执行S5；
S5：发射端MCU判断无线电能传输系统中的通信速率是否已最高，如是，则返回至S3；如否，则执行S6；
S6：发射端MCU更改通信速率设定值，使无线电能传输系统的通信速率提高一级，然后返回S3；
S7：发射端MCU判断通信是否中断，如是，则执行S8；如否，则返回执行S3；
S8：计数器计数通信中断次数；
S9：发射端MCU判断中断通信次数是否大于预设计数上限值，如是，则执行S10；如否，则返回执行S2；
S10：发射端MCU判断无线电能传输系统中的通信速率是否已最低，如是，则关闭该无线电能传输系统，结束运行；如否，则执行S11；
S11：发射端MCU更改通信速率设定值，使无线电能传输系统的通信速率降低一级，然后返回S3。
作为本发明的进一步优化，在S1步骤中，启动无线电能传输系统后，还包括以下步骤：将系统初始化设置；启动延时程序。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明的无线电能传输系统，能够根据接收端反馈的功率变化，实施监测当前的通讯速率是否能够正常稳定工作。若系统通信不稳定，将根据预设的通信速率等级自适应调整通讯速率，直至系统通信达到稳定状态；
2、本发明的无线电能传输系统，发射端MCU具有通信监控模块，其中设置有可记录通信中断次数的计数器，更好的判断该中断是否为偶然事件，进而根据不同情况执行是否需要更改无线电能传输系统中的速率；
3、本发明的无线电能传输控制方法，其通过计数器记录通信中断的次数，从而进一步判断是否为偶然事件，实现了不同情况的区别性处理，更智能。
附图说明
图1为本发明无线电能传输系统的示意图；
图2为本发明无线电能传输控制方法的流程图。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在对本发明描述前，我们先对本发明中使用的原理说明：
无线电能传输系统中导致通信中断的情形包括以下三种：
一是开机上电的瞬间会产生一个较大的浪涌电流，对整个无线电能传输电路产生冲击，无线通信模块进入闭锁保护状态，系统无法正常通信；
二是电能传输过程中，偶然出现较大的噪声干扰信号，通信回路受到干扰在瞬间断掉；
三是负载功率增大时，所需传输的电能随之增大，系统电路中产生连续且幅值较大的干扰信号，使得通信中断。
针对以上三种情况，前两种状况下，通信中断只是一次偶然事件，只要在通讯中断后令通信模块自恢复启动，系统就可以正常工作。而第三种情况下，通信受到严重的干扰，通信自恢复重启后，还是会反复中断重启，严重影响了系统稳定性，使系统出现故障，无法进入状态正常工作。
而在无线电能传输系统中，当通信控制受到来自能量传输系统的干扰时，适当降低通信的数据传输速度可以有效地提高通信系统的抗干扰能力。
参见图1，是本发明无线电能传输系统的示意图。如图1所示，本发明的无线电能传输系统，包括连接电网的无线发射端，以及可与无线发射端实现电能和通讯信号传输的无线接收端，无线发射端包括顺次串联的发射端整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈，无线接收端包括顺次串联的接收线圈、接收端整流滤波电路、DC/DC变换电路。
另外，继续参见图1，无线发射端还包括电连接逆变电路的发射端MCU，以及可接收无线接收端通信信号的无线通信接收模块，无线通信接收模块连接发射端MCU,以将从无线接收端接收的通信信号发送至发射端MCU；
无线接收端还包括接收端MCU，连接接收端整流滤波电路输出端的整流电压采样电路，连接DC/DC变换电路输出端的输出功率采样模块用来采集输出电压和输出电流信号，以及发射通信信号的无线通信发射模块，其中，整流电压采样电路和输出功率采样模块的输出端都连接到接收端MCU；
整流电压采样电路采集整流后的电压信号送到接收端MCU，再经过无线通信发射模块和无线通信接收模块传送到发射端MCU，发射端MCU根据该电压信号形成控制信号驱动逆变电路，稳定接收端的整流电压；
输出功率采样模块采集输出功率信号(输出电压与输出电流的乘积)送入接收端MCU，接收端MCU判断功率的变化生成判断信号，并将该信号通过无线通信模块无线通信发射模块和无线通信接收模块发送至发射端MCU。发射端MCU具有通信监控模块和自适应调节模块，该通信监控模块检测通信中断次数，并判断通讯稳定性，形成调节信号；该自适应调节模块用于接收调节信号，并调整通信速率，通过上述设置，发射端MCU可以根据接收端反馈的功率变化，判断当前的通讯速率是否能够正常稳定工作。若系统通信不稳定，将根据预设的通信速率等级自适应调整通讯速率，直至系统通信达到稳定状态。
无线通信模块(无线通信发射模块和无线通信接收模块)在通信数据收发完成后，会将数据收发标志位置低，发射端MCU检测该标志位的状态，就可以监控通信是否正常。若在一定时间内，数据收发标志位没有置低，则发射端MCU判断为发生了一次通信中断，通过检测计数通信中断次数，来判断通讯的稳定性，自适应调整通信速率。
通过上述中，发射端MCU和接收端MCU的作用，使无线电能传输系统可根据负载变化进而控制无线电能传输系统中的通信速率，从而使无线电能传输系统在负载变化时也能稳定运行。
另外，发射端MCU具有通信监控模块，无线通信模块在通信数据收发完成后，会将数据收发标志位置低，发射端MCU检测该标志位的状态，就可以监控通信是否正常。若在一定时间内，数据收发标志位没有置低，则发射端MCU判断为发生了一次通信中断，发射端MCU中包括可记录通信中断次数的计数器，计数器通过记录通信中断次数，进而判断该系统中的通信中断是否为偶然性事件。
同时，为了保障发射端MCU的电能供应，无线发射端还包括连接在发射端整流滤波电路输出端的发射端辅助电源，发射端辅助电源的输出端连接发射端MCU，为发射端MCU供电；无线接收端还包括连接在接收端整流滤波电路输出端的接收端辅助电源，接收端辅助电源的输出端连接到接收端MCU，为接收端MCU供电。
参见图2，为本发明无线电能传输控制方法的流程图。如图2所示，本发明的无线电能传输控制方法，使用上述无线电能传输系统，包括以下步骤：
S1：启动无线电能传输系统；
S2：启动通信数据传输；
S3：接收端MCU采集当前时刻输出电压和输出电流信号，输出电压与输出电流的乘积为输出功率，若当前时刻采样的输出功率值为P，上一次采样的输出功率值为P0，则输出功率变化值ΔP为当前时刻采样的输出功率值P减去上一次采样的输出功率值P0；接收端MCU判断功率变化绝对值|ΔP|是否大于预设浮动值M，如是，则执行S4；如否，则执行S7；
S4：接收端MCU根据输出功率变大(ΔP>0)或变小(ΔP<0)生成相应的判断信号，经由无线通信发射与接收模块传输到发射端MCU。若发射端MCU收到输出功率变大的判断信号，则执行S7；若发射端MCU收到输出功率变小的判断信号则执行S5；
S5：发射端MCU判断无线电能传输系统中的运行速率是否已最高，如是，则返回至S3；如否，则执行S6；
S6：发射端MCU更改通信速率设定值，使无线电能传输系统的通信速率提高一级，然后返回S3；
S7：发射端MCU判断通信是否正常，如是，则执行S8；如否，则返回执行S3；
S8：计数器计数通信中断次数；
S9：发射端MCU判断通信中断次数是否大于预设计数上限值N，如是，则执行S10；如否，则返回执行S2；
S10：发射端MCU判断无线电能传输系统中的运行速率是否已最低，如是，说明该负载下的该无线电能传输系统不能稳定工作，因此需要关闭该无线电能传输系统，结束此次运行；如否，则执行S11；
S11：发射端MCU更改通信速率设定值，使无线电能传输系统的通信速率降低一级，然后返回S3。
另外，为了避免开机上电的瞬间会产生一个较大的浪涌电流，对整个无线电能传输电路产生的冲击，在S1步骤中，启动无线电能传输系统后，还包括以下步骤：将系统初始化设置；启动延时程序。
为了进一步说明本发明，下面将结合一具体实施例进行说明，具体如下：
假设将预设速率级别设定为三级，相邻级别的速率差为1Mb/s，将预设的三级速率设为高速级、中速级、低速级，每一级对应的具体速度值可自由选定，该处的选值为根据现有技术中的有限次实验得到的，该数值需满足既可以稳定通信，又能使系统调节响应较快；同时，将负载功率变化相比较的预设浮动值设定为输出功率值的10％，中断信号的中断次数计数上限设定为10，
S1：系统通电，以启动无线电能传输系统；将系统系统初始化设置并启动延时程序，启动延时的好处在于，可避免上电瞬间产生的浪涌电流；
S2：启动通信数据传输；
S3：接收端MCU采集当前时刻输出电压和输出电流信号，输出电压与输出电流的乘积为输出功率，若当前时刻采样的输出功率值为P，上一次采样的输出功率值为P0，输出功率变化值ΔP为当前时刻采样的输出功率值P减去上一次采样的输出功率值P0；接收端MCU判断功率变化绝对值|ΔP|是否大于预设浮动值,预设浮动值为P0的10％，如是，则执行S4；如否，则执行S7；
S4：接收端MCU根据输出功率变大(ΔP>0)或变小(ΔP<0)生成相应的判断信号，经由无线通信发射与接收模块传输到发射端MCU。若发射端MCU收到输出功率变大的判断信号，则执行S7；若发射端MCU收到输出功率变小的判断信号则执行S5；
S5：发射端MCU判断无线电能传输系统中的运行速率是否已最快，即是否为高速级，如是，则返回至S3；如否，则执行S5；
S6：发射端MCU更改通信速率设定值，，使无线电能传输系统的通信速率提高一级，然后返回S3；
S7：发射端MCU检测数据收发标志位状态，判断通信是否中断，如是，则执行S8；如否，则返回执行S3；
S8：计数器计数通信中断次数；
S9：发射端MCU判断通信中断次数是否大于预设计数上限值10，如是，则说明该通信中断属于非偶然事件，则执行S10；如否，则说明该通信中断为偶然事件，通过重启通信数据传输即可解决，因此则返回执行S2；
S10：发射端MCU判断无线电能传输系统中的运行速率是否已最低，如是，说明该负载下的该无线电能传输系统不能稳定工作，因此需要关闭该无线电能传输系统，结束此次运行；如否，则执行S11；
S11：发射端MCU更改通信速率设定值，使无线电能传输系统的通信速率减慢一级，然后返回S3。
Claims (5)
1.一种无线电能传输系统，包括连接电网的无线发射端，以及可与无线发射端实现电能和通讯信号传输的无线接收端，无线发射端包括顺次串联的发射端整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈，无线接收端包括顺次串联的接收线圈、接收端整流滤波电路、DC/DC变换电路，其特征在于：
无线发射端还包括电连接逆变电路的发射端MCU，以及可接收无线接收端通信信号的无线通信接收模块，无线通信接收模块连接发射端MCU,以将从无线接收端接收的通信信号发送至发射端MCU；
无线接收端还包括接收端MCU，连接接收端整流滤波电路输出端的整流电压采样电路，连接DC/DC变换电路输出端的输出功率采样模块，以及可向无线发射端发射通信信号的无线通信发射模块，其中，整流电压采样电路和输出功率采样模块的输出端都连接到接收端MCU；
整流电压采样电路采集整流后的电压信号送到接收端MCU，再经过无线通信发射模块和无线通信接收模块传送到发射端MCU，发射端MCU根据该电压信号形成控制信号驱动逆变电路，稳定接收端的整流电压；
输出功率采样模块采集输出功率信号送入接收端MCU，接收端MCU判断功率的变化生成判断信号，并将该信号通过无线通信发射模块和无线通信接收模块发送至发射端MCU。
2.根据权利要求1所述无线电能传输系统，其特征在于：发射端MCU具有通信监控模块，通过检测计数通信中断次数，来判断通讯的稳定性，自适应调整通信速率。
3.根据权利要求1或2所述无线电能传输系统，其特征在于：无线发射端还包括连接在发射端整流滤波电路输出端的发射端辅助电源，发射端辅助电源的输出端连接发射端MCU，为发射端MCU供电；无线接收端还包括连接在接收端整流滤波电路输出端的接收端辅助电源，接收端辅助电源的输出端连接到接收端MCU，为接收端MCU供电。
4.一种无线电能传输控制方法，使用权利要求2所述的无线电能传输系统，其特征在于：包括以下步骤：
S1：启动无线电能传输系统；
S2：启动通信数据传输；
S3：接收端MCU采集当前时刻输出电压和输出电流信号，并与前一时刻信号值进行比较形成输出功率变化值；接收端MCU判断功率变化绝对值是否大于预设浮动值，如是，则执行S4；如否，则执行S7；
S4：接收端MCU根据输出功率变大或变小生成相应的判断信号，经由无线通信发射与接收模块传输到发射端MCU，若发射端MCU收到输出功率变大的判断信号，则执行S7；若发射端MCU收到输出功率变小的判断信号则执行S5；
S5：发射端MCU判断无线电能传输系统中的通信速率是否已最高，如是，则返回至S3；如否，则执行S6；
S6：发射端MCU更改通信速率设定值，使无线电能传输系统的通信速率提高一级，然后返回S3；
S7：发射端MCU判断通信是否中断，如是，则执行S8；如否，则返回执行S3；
S8：计数器计数通信中断次数；
S9：发射端MCU判断通信中断次数是否大于预设计数上限值，如是，则执行S10；如否，则返回执行S2；
S10：发射端MCU判断无线电能传输系统中的通信速率是否已最低，如是，则关闭该无线电能传输系统，结束运行；如否，则执行S11；
S11：发射端MCU更改通信速率设定值，使无线电能传输系统的通信速率降低一级，然后返回S3。
5.根据权利要求4所述的无线电能传输控制方法，其特征在于：在S1步骤中，启动无线电能传输系统后，还包括以下步骤：将系统初始化设置；启动延时程序。
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