CN106300698A - 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，本发明的无线电能传输系统的无线接收端设置有可启动辅助电源的启动电路，可采集辅助电源输出电压的采样电路，以及可判断辅助电源输出电压是否稳定的接收端MCU，接收端MCU判定输出电压稳定时，控制模块控制可控开关打开，启动电路输出截止，辅助电源为稳压电路供电；本发明的无线电能传输控制方法，使用上述系统。通过本申请的设置，实现了辅助电源以无线电能传输系统的输出作为供电电源的输入，获得稳定的供电方式，从而使整个系统设计简化。
Description
技术领域
本发明属于无线电充电领域，尤其涉及一种无线电能传输系统。
背景技术
日常生活中，电子设备、机器人或电动汽车等设备通常使用有线充电。这种充电方式需要经常插拔，容易造成充电器及充电接口的损坏；同时在户外充电时，遇到打雷下雨的天气，存在一定的安全隐患。相较于有线充电，除了方便之外，无线充电更安全，没有了外露的连接器，漏电、跑电等安全隐患都彻底避免了。
无线电能传输系统是通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量(如电磁场能、激光、微波及机械波等)，隔空传输一段距离后，在通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输。发射器的能量直接来自于电网，是持续稳定的能量，而接收器的能量完全来自于发射器，受传送距离、外界干扰、负载变化、系统稳定性等各种因素的影响，通常电源的输出供给是非常不稳定的。
然而，接收器稳定工作的前提是有稳定的辅助电源供电。通常接收器的辅助电源从接收线圈整流后的电压Vrect取电，方法有如下几种：用集成的BUCK降压芯片(通常Vrect低于100V时采用)或单端反激的拓扑(通常在Vrect电压较高时采用，这是变压器的尺寸较小)。但是，采用上述方案都存在的问题是：通常不同的无线供电系统Vrect是不同的，导致辅助电源部分电路需要经常变化，增加了研发周期和成本；当无线充电系统工作在位置偏移或切换状态时，Vrect不稳定可能造成接收端辅助电源不稳，从而整个系统输出不稳定。
发明内容
为了解决上述问题，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，本发明中通过设置启动辅助电源的启动电路，使辅助电源通过采用无线电能传输系统的输出作为供电电源的输入，获得稳定的供电方式，从而使整个系统输出稳定。
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，包括连接有电网的无线电能发射端，以及可接收电能的无线电能接收端，无线电能接收端包括可接收电能的接收线圈，接收线圈连接有高频整流滤波电路，高频整流滤波电路的输出端并联有稳压电路和启动电路，启动电路的末端设置有二极管D2，二极管D2的输出端连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端连接有可为稳压电路提供稳定电源的辅助电源，辅助电源启动后，启动电路在二极管D2的作用下截止；
辅助电源的输出端连接有可采集辅助电源输出端电压的采样电路，采样电路的输出端连接有可判断采样电路中采集电压是否稳定的接收端MCU，辅助电源的输出端还连接有可控开关，接收端MCU根据采集电压的稳定性输出控制信号，可控开关接收接收端MCU的控制信号，以驱动可控开关的开闭；可控开关的另一端连接稳压电路的输入端；
接收端MCU中包括可判定采样电路中采集的电压是否为稳定电压的判断模块，以及根据判断模块中的判断形成可控制系统通信的控制模块，当判断模块判断采集的电压为稳定电压时，控制模块控制可控开关打开，启动电路输出截止，辅助电源为稳压电路供电。
作为本发明的进一步优化，启动电路包括限流电阻以及NPN型三极管Q1，其中，限流电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端均连接高频整流滤波电路的输出端，第一电阻R1的第一端连接第二电阻R2的第一端，第一电阻R1的第二端连接NPN型三极管Q1的集电极，第二电阻的第二端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接稳压电路的输入端；可控开关与稳压电路之间连接有二极管D3，其中二极管D3的阳极连接可控开关，二极管D3的阴极连接稳压电路的输入端。
作为本发明的进一步优化，启动电路还包括稳流支路，该稳流支路包括有连接在第二电阻R2第二端的电容C1，以及连接在电容C1另一端的稳压管D1，稳压管D1的阳极连接电容C1，稳压管D1的阴极连接NPN型三极管Q1的基极。
作为本发明的进一步优化，无线电能发射端包括连接电网电能输出端的工频整流滤波电路，工频整流滤波电路的输出端并联有BUCK降压电路和发射端MCU，BUCK降压电路的输出端连接有逆变电路，逆变电路的输出端连接有发射线圈和发射端MCU，从工频整流滤波电路输出的电压和从逆变电路输出的电压输入至可对输入电压形成控制信号的发射端MCU，发射端MCU的控制端连接BUCK降压电路的输入端，以控制BUCK降压电路。
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：
1)启动无线电能传输系统；
2)接收线圈接收无线电能发射端发射的电能；
3)高频整流滤波电路将接收线圈输出的电压整流后形成输出电压Vrect；
4)输出电压Vrect输入至启动电路，经过启动电路输出的电压为启动电压VCC，并输入至稳压电路，启动电压VCC经过稳压电路后形成电压V0；
5)电压V0传输至辅助电源，经过辅助电源输出的电压为供电电压V1；
6)供电电压V1输入至采样电路，采样电路将该供电电压V1输出至接收端MCU；
7)接收端MCU判断供电电压是否稳定；
8)如稳定，则接收端MCU驱动可控开关启动，辅助电压的供电电压V1经过可控开关输入至稳压电路，此时，启动电路截止，则无线电能接收端的电能通过辅助电源供应；
9)如不稳定，则接收端MCU控制可控开关关闭，并返回至第4)步。
作为本发明的进一步优化，在接收端MCU判断供电电压是否稳定的步骤中，具体为：提取供电电压的波纹值，比较供电电压的波纹值与预设波纹值的大小，如供电电压的波纹大于预设波纹值，则判定为不稳定；否，则判定为稳定。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明通过设置启动辅助电源的启动电路，使辅助电源通过采用无线电能传输系统的输出作为供电电源的输入，获得稳定的供电方式，从而简化整个系统的辅助电源设计；
2、本发明可根据具体需求参数调整，适用范围广，应用于各类无线电能传输系统；
3、本发明的无线电能传输控制方法，通过接收端MCU中对输出电压稳定性的判定，进而在输出电压已经稳定后再切换到输出侧的辅助电源供电，避免了在启动过程中输出电压震荡对系统供电造成的干扰。
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系统中无线电能接收端的示意图；
图3为本发明无线电能传输控制方法的流程图。
以上各图中：1、发射线圈；2、接收线圈；3、可控开关。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1和图2，是本发明中无线电能传输系统和无线电能接收端的示意图。如图1和图2所示，本发明中无线电能传输系统，包括可包括连接有电网的无线电能发射端，以及可接收电能的无线电能接收端，无线电能发射端包括发射线圈1，无线电能接收端包括可接收电能的接收线圈2，接收线圈2连接有高频整流滤波电路，高频整流滤波电路整流后输出的电压为Vrect，高频整流滤波电路的输出端并联有稳压电路和启动电路，启动电路的末端设置有二极管D2，二极管D2的输出端连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端连接有可为稳压电路提供稳定电源的辅助电源，辅助电源启动后，启动电路在二极管D2的作用下截止；启动电路的输出端连接稳压电路的输入端，经过启动电路输出的电压为VCC，稳压电路的输出端连接有可为稳压电路提供稳定电源的辅助电源，经由辅助电源输出的电压为V1，辅助电源的输出端连接有可采集辅助电源输出端电压的采样电路，采样电路的输出端连接有可判断采样电路中采集电压是否稳定的接收端MCU，辅助电压的输出端还连接有可控开关3，该可控开关3可为继电器，可控开关3的控制端连接接收端MCU，接收端MCU根据采集电压的稳定性输出控制信号，以驱动可控开3关的开闭；可控开关的另一端连接稳压电路的输入端。
接收端MCU中包括可判定采样电路中采集的电压是否为稳定电压的判断模块，以及根据判断模块中的判断形成可控制系统通信的控制模块，当判断模块判断采集的电压为稳定电压时，控制模块控制可控开关打开，启动电路输出截止，辅助电源为稳压电路供电。
另外，此处的稳压电路可为DC/DC稳压电路。
通过上述可知，无线电能接收端的启动电路在接收端可稳定输出电压前为辅助电源启动准备的，当启动一段时间后，无线电能接收端电压稳定后，则启动辅助电源，以为无线电能接收端工作。
继续参见图2，如图2所示，启动电路包括限流电阻以及NPN型三极管Q1，其中，限流电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端均连接高频整流滤波电路的输出端，第一电阻R1的第一端连接第二电阻R2的第一端，第一电阻R1的第二端连接NPN型三极管Q1的集电极，第二电阻的第二端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接稳压电路的输入端；可控开关与稳压电路之间连接有二极管D3，其中二极管D3的阳极连接可控开关，二极管D3的阴极连接稳压电路的输入端。
作为本发明的进一步优化，启动电路还包括稳流支路，该稳流支路包括有连接在第二电阻R2第二端的电容C1，以及连接在电容C1另一端的稳压管D1，稳压管D1的阳极连接电容C1，稳压管D1的阴极连接NPN型三极管Q1的基极。
另外，如图1所示，无线电能发射端包括连接电网电能输出端的工频整流滤波电路，工频整流滤波电路的输出端并联有BUCK降压电路和发射端MCU，BUCK降压电路的输出端连接有逆变电路，逆变电路的输出端连接有发射线圈1和发射端MCU，从工频整流滤波电路输出的电压和从逆变电路输出的电压输入至可对输入电压形成控制信号的发射端MCU，发射端MCU的控制端连接BUCK降压电路的输入端，以控制BUCK降压电路。
另外，参见图3，是本发明中无线电能传输控制方法的流程图。如图3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：
1)启动无线电能传输系统；
2)接收线圈接收无线电能发射端发射的电能；
3)高频整流滤波电路将接收线圈输出的电压整流后形成输出电压Vrect；
4)输出电压Vrect输入至启动电路，经过启动电路输出的电压为启动电压VCC，并输入至稳压电路形成电压V0；
5)电压V0传输至辅助电源，经过辅助电源输出的电压为供电电压V1；
6)供电电压V1输入至采样电路，采样电路将该供电电压V1输出至接收端MCU；
7)接收端MCU判断供电电压是否稳定；
8)如稳定，则接收端MCU驱动可控开关启动，辅助电压的供电电压V1经过可控开关输入至稳压电路，此时，启动电路截止，则无线电能接收端的电能通过辅助电源供应；
9)如不稳定，则接收端MCU控制可控开关关闭，并返回至第4)步。
进一步详述，上述中，在接收端MCU判断辅助电源供电电压是否稳定的步骤中，具体为：提取供电电压的波纹值，比较供电电压的波纹值与预设波纹值的大小，如供电电压的波纹大于预设波纹值，则判定为不稳定；否，则判定为稳定。
Claims (6)
1.一种无线电能传输系统，包括连接有电网的无线电能发射端，以及可接收电能的无线电能接收端，无线电能接收端包括可接收电能的接收线圈，其特征在于：
接收线圈连接有高频整流滤波电路，高频整流滤波电路的输出端并联有稳压电路和启动电路，启动电路的末端设置有二极管D2，二极管D2的输出端连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端连接有可为稳压电路提供稳定电源的辅助电源，辅助电源启动后，启动电路在二极管D2的作用下截止；
辅助电源的输出端连接有可采集辅助电源输出端电压的采样电路，采样电路的输出端连接有可判断采样电路中采集电压是否稳定的接收端MCU，辅助电源的输出端还连接有可控开关，接收端MCU根据采集电压的稳定性输出控制信号，可控开关接收接收端MCU的控制信号，以驱动可控开关的开闭；可控开关的另一端连接稳压电路的输入端；
接收端MCU中包括可判定采样电路中采集的电压是否为稳定电压的判断模块，以及根据判断模块中的判断形成可控制系统通信的控制模块，当判断模块判断采集的电压为稳定电压时，控制模块控制可控开关打开，启动电路输出截止，辅助电源为稳压电路供电。
2.根据权利要求1所述无线电能传输系统，其特征在于：启动电路包括限流电阻以及NPN型三极管Q1，其中，限流电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端均连接高频整流滤波电路的输出端，第一电阻R1的第一端连接第二电阻R2的第一端，第一电阻R1的第二端连接NPN型三极管Q1的集电极，第二电阻的第二端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接稳压电路的输入端；可控开关与稳压电路之间连接有二极管D3，其中二极管D3的阳极连接可控开关，二极管D3的阴极连接稳压电路的输入端。
3.根据权利要求2所述无线电能传输系统，其特征在于：启动电路还包括稳流支路，该稳流支路包括有连接在第二电阻R2第二端的电容C1，以及连接在电容C1另一端的稳压管D1，稳压管D1的阳极连接电容C1，稳压管D1的阴极连接NPN型三极管Q1的基极。
4.根据权利要求1-3中任一项所述无线电能传输系统，其特征在于：无线电能发射端包括连接电网电能输出端的工频整流滤波电路，工频整流滤波电路的输出端并联有BUCK降压电路和发射端MCU，BUCK降压电路的输出端连接有逆变电路，逆变电路的输出端连接有发射线圈和发射端MCU，从工频整流滤波电路输出的电压和从逆变电路输出的电压输入至可对输入电压形成控制信号的发射端MCU，发射端MCU的控制端连接BUCK降压电路的输入端，以控制BUCK降压电路。
5.一种无线电能传输控制方法，使用权利要求1-4中任一种的无线电能传输系统，其特征在于，包括以下步骤：
1)启动无线电能传输系统；
2)接收线圈接收无线电能发射端发射的电能；
3)高频整流滤波电路将接收线圈输出的电压整流后形成输出电压Vrect；
4)输出电压Vrect输入至启动电路，经过启动电路输出的电压为启动电压VCC，并输入至稳压电路，启动电压VCC经过稳压电路后形成电压V0；
5)电压V0传输至辅助电源，经过辅助电源输出的电压为供电电压V1；
6)供电电压V1输入至采样电路，采样电路将该供电电压V1输出至接收端MCU；
7)接收端MCU判断供电电压是否稳定；
8)如稳定，则接收端MCU驱动可控开关启动，辅助电压的供电电压V1经过可控开关输入至稳压电路，此时，启动电路截止，则无线电能接收端的电能通过辅助电源供应；
9)如不稳定，则接收端MCU控制可控开关关闭，并返回至第4)步。
6.根据权利要求5所述无线电能传输控制方法，其特征在于：在接收端MCU判断供电电压是否稳定的步骤中，具体为：提取供电电压的波纹值，比较供电电压的波纹值与预设波纹值的大小，如供电电压的波纹大于预设波纹值，则判定为不稳定；否，则判定为稳定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |