CN107707004B - 一种无线充电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电方法及系统，其中该方法包括：接收端接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至发射端；发射端判断接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围；若是，则发射端调节发射端发射的功率至指定功率，供接收端接收与指定功率对应的预设功率。本申请公开的上述技术方案，接收端通过反馈所接收到的功率至发射端，并在接收的功率趋于稳定时，由发射端调节自身发射的功率至指定功率，供接收端可以接收到稳定的预设功率，即当接收端与发射端之间的位置固定时，接收端接收的功率为和位置无关的预设功率，从而降低接收端在无线充电时接收不稳定功率而对自身所造成的损伤，延长接收端的使用寿命。

Description

一种无线充电方法及系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，更具体地说，涉及一种无线充电方法及系统。

背景技术

目前，随着电子技术的不断发展，各式各样的电子产品在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，与此同时，在某些特殊情况下，如植入人体的心脏起搏器，对电子产品进行有线充电的方式已不能满足用户的需求，此时，无线充电方式随之产生。

在现有技术中，在对接收端，通常指电子产品，进行无线充电时，接收端只有在贴合发射端的情况下才能接收到稳定的接收端所需的功率，而当接收端和发射端之间的距离发生变化时，接收端接收到的功率相应地也会发生变化，距离近时，接收的功率可能比较接近接收端所需的功率，距离远时，接收的功率要小于接收端所需的功率，接收端接收的充电功率的变化会对接收端造成一定的损伤，降低接收端的使用寿命。

综上所述，现有的对接收端进行无线充电的技术方案存在接收端接收的功率会随着接收端与发射端之间距离的变化而发生变化，从而会对接收端造成损伤的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无线充电方法及系统，以解决现有的对接收端进行无线充电的技术方案存在接收端接收的功率会随着接收端与发射端之间距离的变化而发生变化，从而会对接收端造成一定损伤的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无线充电方法，包括：

接收端接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至所述发射端；

所述发射端判断所述接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围；

若是，则所述发射端调节所述发射端发射的功率至指定功率，供所述接收端接收与所述指定功率对应的预设功率。

优选的，在所述接收端接收发射端发射的功率之后，还包括：

所述接收端判断接收的功率是否为所述预设功率，若是，则所述接收端利用接收的功率进行充电，若否，则所述接收端拒绝利用接收的功率进行充电。

优选的，所述发射端确定所述接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围之后，还包括：

所述发射端计算得到所述发射端发射的功率与所述指定功率之间的差值，判断所述差值是否等于0，若否，则所述发射端执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤，若是，则所述发射端拒绝执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤。

优选的，所述发射端调节所述发射端发射的功率至指定功率，包括：

所述发射端根据所述接收端反馈的功率利用PID控制算法调节所述发射端发射的功率至所述指定功率。

一种无线充电系统，包括接收端、发射端，其中：

所述接收端，用于：接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至所述发射端；

所述发射端，用于：判断所述接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围；若是，则调节所述发射端发射的功率至指定功率，供所述接收端接收与所述指定功率对应的预设功率。

优选的，所述接收端还用于：

接收发射端发射的功率之后，判断接收的功率是否为所述预设功率，若是，则利用接收的功率进行充电，若否，则拒绝利用接收的功率进行充电。

优选的，所述发射端还用于：

在确定所述接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围之后，计算得到所述发射端发射的功率与所述指定功率之间的差值，判断所述差值是否等于0，若否，则执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤，若是，则拒绝执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤。

优选的，所述发射端包括：

调节模块，用于：根据所述接收端反馈的功率利用PID控制算法调节所述发射端发射的功率至所述指定功率。

本发明提供了一种无线充电方法及系统，其中该方法包括：接收端接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至发射端；发射端判断接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围；若是，则发射端调节发射端发射的功率至指定功率，供接收端接收与指定功率对应的预设功率。本申请公开的上述技术方案，接收端接收发射端发射的功率之后可以将接收的功率反馈至发射端，发射端判断接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围，若是，则表明接收端与发射端之间的位置固定，此时，则发射端可以调节发射端发射的功率至指定功率，供接收端在所处的位置上可以接收到与指定功率对应的稳定的预设功率，实现在可进行无线充电的范围内时，只要接收端与发射端之间的位置固定，接收端就可接收到稳定的预设功率，而非是与位置相关的变化的功率，从而降低接收端与发射端之间的位置不同时接收端接收到不稳定的功率而对接收端所造成的损伤，延长接收端的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无线充电方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的发射端与接收端之间电路关系的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种无线充电方法的一种具体实施例；

图4为本发明实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的一种无线充电方法的流程图，可以包括：

S11：接收端接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至发射端。

需要说明的是，发射端与接收端在进行无线充电时，两者之间的距离需要在无线充电的有效范围之内。

接收端接收发射端发射的功率并利用接收到的功率对自身进行充电，与此同时，接收端可以将接收到的功率反馈至发射端，以便于发射端可以获取到接收端所接收功率的情况。

S12：发射端判断接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围。

发射端在接收到接收端反馈的功率之后，判断接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预先根据实际情况设定的范围内(即预设范围内)，即判断接收端接收的功率在预设时间长度内是否趋于稳定，例如接收端反馈的功率之间差值的百分比是否均在±5％内，或者接收端反馈的任意两个功率值之间的差值是否稳定在比较小的范围内。发射端对接收端反馈的功率是否趋于稳定进行判断，有利于发射端根据判断的结果做出相应的调整。

S13：若是，则发射端调节发射端发射的功率至指定功率，供接收端接收与指定功率对应的预设功率。

若发射端判断出接收端反馈的功率在预设时间长度内不均属于预设范围，此时，则表明接收端接收的功率不趋于稳定，也就是说，接收端与发射端之间的位置或者其他影响接收端接收功率的因素在发生变化，此时，即使发射端将发射端发射的功率调节至指定功率，但因接收端的位置或其他影响功率变化的因素已发生变化，则无法保证接收端接收到接收端充电时预先根据实际需要所设定的功率(即预设功率)，其中，接收端处于不同的位置时与预设功率对应的指定功率的值不相同，即接收端每处于一个位置，便对应存在一个与预设功率相对应的指定功率。因此，为了减少发射端不必要的工作量以及负担，则在此情况下不考虑对发射端发射的功率进行调节。

当发射端判断出接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围时，则表明接收端接收的功率趋于稳定，进一步表明接收端与发射端之间的位置以及其他影响功率变化的因素保持固定，此时，则发射端可以调节发射端发射的功率至指定功率，相应地，接收端可以接收到与指定功率对应的稳定的预设功率。实现只要接收端与发射端之间的位置以及其他影响功率变化的因素保持固定，接收端就可以接收到稳定的接收端所需的预设功率，即只要接收端处于无线充电的有效范围内，接收端接收到的稳定的功率即为接收端所需的预设功率，而非为随位置进行变化的功率，从而降低了接收端接收不稳定功率而对接收端所造成的损伤，在一定程度上延长了接收端的使用寿命，并且接收稳定的预设功率可以提高对接收端进行无线充电的效率。

本申请公开的上述技术方案，接收端接收发射端发射的功率之后可以将接收的功率反馈至发射端，发射端判断接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围，若是，则表明接收端与发射端之间的位置固定，此时，则发射端可以调节发射端发射的功率至指定功率，供接收端在所处的位置上可以接收到与指定功率对应的稳定的预设功率，实现在可进行无线充电的范围内时，只要接收端与发射端之间的位置固定，接收端就可接收到稳定的预设功率，而非是与位置相关的变化的功率，从而降低接收端与发射端之间的位置不同时接收端接收到不稳定的功率而对接收端所造成的损伤，延长接收端的使用寿命。

需要说明的是，在本发明实施例中，实现发射端和接收端之间进行无线充电的具体方式有很多种。其中，MagMIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)系统中多线圈发射模型的波束成行就是常用的一种，它的实现过程与无线通信领域中的多天线波束成行相类似，其中，无线通信的天线技术常用的是MIMO模型，在这种技术中，多路天线同时用于源(发射器)和目的地(接收器)，在通信回路每一端的天线都进行了组合以达到最小的误差和最优的数据传输速度。在本发明的无线充电技术中，通过多线圈的波束成行将初级线圈产生的磁场能量聚集在一个焦点上，从而可以提升无线充电的距离。

作为一个具体实施例，可以对磁MIMO模型在本发明中实现无线充电的应用进行具体说明，请参见图2所示，示出了本发明实施例提供的发射端与接收端之间电路关系的结构示意图，并且图中以初级线圈个数为两个进行说明，其中，接收端中所表示的R_L、Z_L、L_L、C_L、I_L分别为接收端的电阻、阻抗、电感、电容、电流参数，发射端中所表示的V_S、R_S、V_r、r、Z_S、L_S、C_S、I_S分别表示发射端中每个初级线圈形成的回路中的电压、电阻、内阻上的电压、内阻、阻抗、电感、电容、电流参数，M₁、M₂分别是每个初级线圈与次级线圈之间的互感系数，由此可以得到磁MIMO模型中电流的相互关系式为：

其中，ω是交流信号源的频率。

如果接收端发生谐振，则在谐振频率的条件下，上述关系式可以简化为：

令：

则可以得到：

I_L＝(m₁+m₂)I_s

其中，i＝1、2，m_i ^*为m_i的复共轭，β_i分别为各个初级线圈的电流分配情况，并且可以看出β_i就是发射端初级线圈上的加权系数，这样，可以使接收端接收的功率尽可能的最大化，且β_i为虚数，其中，实部表示电流的幅值、虚部表示电流的相位，则可以得到分配后的电路电流分别为：β₁×I_S、β₂×I_S。当然，发射端中包含的初级线圈的个数也可以为其他合适的个数，若为其他的个数，则上述公式可以相应地进行调整，这里不再详细说明。

上述所提及的磁MIMO在本发明实施例中的具体应用可以包含在以下过程中：

当发射端需要对接收端进行充电时，发射端发射功率的具体过程可以为：当电源供应单元工作时，数据产生模块产生PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，并由功率放大器进行放大，与功率放大器一一相连的初级线圈接收到电能后产生磁场，幅相芯片可以检测各初级线圈分别形成的发射回路中所产生的电能参数的幅值和相位，并将检测到的数值发送至数据产生模块，以便于在需要时可以调节数据产生模块所产生的PWM信号中所包含的相关参数，从而对发射端发射的功率进行调节。其中，数据产生模块可以为型号为nrf52832的蓝牙，当然，也可以为其他具备相似功能的器件。并且，初级线圈的个数可以为n个，n为大于或等于1的整数，当n为大于1的整数时，发射端在通过调节电能参数使发射端发射的功率发生变化时，可以按照相同的比例调节每个初级线圈上的电能参数，如电流或电压等，使各个初级线圈可以按照未调整之前的比例提供磁场能量，实现MIMO算法的指向性，当然，也可以根据实际情况而不按比例进行调节，比如让离接收端比较近的初级线圈成为提供磁场能量的主力线圈，提高为接收端进行充电的效率。

相应地，接收端接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至发射端的具体过程可以为：次级线圈吸收磁场能量，并将磁场能量转化为交流电，经过整流滤波稳压模块转化为接收端内负载所需的直流电，由检测单元实时检测接收端接收的功率，并将检测到的功率记录在传输数据模块，由传输数据模块对检测到的功率进行处理并反馈至发射端的数据产生模块。其中，传输数据模块同样可以为型号为nrf52832的蓝牙，也可以为其他具备传输数据功能的器件。

作为一个具体实施例，可以对上述过程进行具体说明，请参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种无线充电方法的一种具体实施例。在这一具体实施例中，以蓝牙1(nrf52832)作为发射端的数据产生模块，产生的PWM信号为6.78M方波信号，所采用的功率放大器为E类功放，初级线圈的个数为2，以蓝牙2(nrf52832)作为接收端的传输数据模块、功率计作为接收端的检测单元，其中，发射端发射功率以及接收端接收功率的方式上述已涉及过，在此不再赘述，蓝牙2将接收端接收的功率反馈至蓝牙1，然后，蓝牙1判断蓝牙2反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围，若是，则蓝牙1调节发射端发射的功率至指定功率，使初级线圈所产生的磁场能量发生变化，供接收端接收到的功率可以达到稳定的预设功率。

本发明实施例提供的一种无线充电方法，接收端接收发射端发射的功率之后，还可以包括：

接收端判断接收的功率是否为预设功率，若是，则接收端利用接收的功率进行充电，若否，则接收端拒绝利用接收的功率进行充电。

接收端接收到发射端发射的功率之后，可以判断接收的功率是否为预设功率，若为预设功率，则接收端利用该预设功率对自身进行充电；若不为预设功率，则为了降低对接收端所造成的损伤，则接收端可以拒绝利用接收的功率对自身进行充电。接收端通过判断接收的功率是否为预设功率来实现只在接收到预设功率时才对自身进行充电，从而降低接收端利用非预设功率进行充电而对自身所造成的损伤，延长接收端的使用寿命。

本发明实施例提供的一种无线充电方法，发射端确定接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围之后，还可以包括：

发射端计算得到发射端发射的功率与指定功率之间的差值，判断差值是否等于0，若否，则发射端执行调节发射端发射的功率至指定功率的步骤，若是，则发射端拒绝执行调节发射端发射的功率至指定功率的步骤。

在发射端确定接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围之后，也即发射端确定接收端接收的功率趋于稳定之后，为了使接收端可以接收到稳定的预设功率，则发射端可以计算得到发射端发射的功率与指定功率之间的差值，并判断所得差值是否等于0，若不等于0，则需要发射端执行调节发射端发射的功率至指定功率的步骤，消除误差，以保证接收端接收的功率为预设功率；若等于0，则表明此时发射端发射的功率为指定功率、接收端可以接收到稳定的预设功率，则为了减少不必要的工作量，则发射端可以拒绝执行调节发射端发射的功率至指定功率的步骤。当然，发射端也可以计算得到接收端反馈的功率与预设功率除去接收端处于当前位置时将功率反馈至发射端过程中所消耗的功率之后所得功率之间的差值，或者通过其他方式来决定是否需要对发射端发射的功率进行调节，这些实现方式均在本发明的保护范围之内。通过发射端对发射功率与指定功率之间的差值进行判断，可以确定是否需要对发射端发射的功率进行调节，以减少不必要的调节所增加的时间以及所浪费的资源。

本发明实施例提供的一种无线充电方法，发射端调节发射端发射的功率至指定功率，可以包括：

发射端根据接收端反馈的功率利用PID控制算法调节发射端发射的功率至指定功率。

当发射端判断出上述差值不等于0时，发射端可以根据接收端反馈的功率利用PID控制算法调节发射端发射的功率至指定功率：即根据接收端反馈的功率情况，判断出接收端接收的功率稳定时，计算得到发射端发射的功率与指定功率之间的差值，并利用PID(P—比例、I—积分、D—微分)控制算法调节发射端发射的功率至指定功率，其中，PID控制算法对应的公式为：

其中，y(t)—接收端反馈的功率，K_p—比例放大系数，e(t)—发射端发射的功率与指定功率之间的差值，T_i—积分时间常数，T_d—微分时间常数，根据e(t)的大小，调节预先设定的K_p、T_i、T_d的数值，其中，这三个参数是根据接收端反馈的功率以及发射端发射功率的不同而对应模拟所得的预设数值，即通过调节这三个参数可以使发射端发射的功率达到指定功率，从而使接收端可以对应地接收到预设功率。PID控制算法是一种较为理想的控制算法，它在比例的基础上引入积分，可以消除发射端发射的功率与指定功率之间的差值，再通过加入微分作用，可以提高无线充电系统的稳定性。当然，除了使用PID控制算法之外，还可以使用PD、PI、P等控制算法来对发射端发射的功率进行调节，消除差值，达到接收端接收的功率等于预设功率的效果。

本发明实施例还提供了一种无线充电系统，可以包括接收端11、发射端12，如图4所示，其中：

接收端11，用于：接收发射端12发射的功率并将接收的功率反馈至发射端12；

发射端12，用于：判断接收端11反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围；若是，则调节发射端12发射的功率至指定功率，供接收端11接收与指定功率对应的预设功率。

本发明实施例提供的一种无线充电系统，接收端还可以用于：

接收发射端发射的功率之后，判断接收的功率是否为预设功率，若是，则利用接收的功率进行充电，若否，则拒绝利用接收的功率进行充电。

本发明实施例提供的一种无线充电系统，发射端还可以用于：

在确定接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围之后，计算得到发射端发射的功率与指定功率之间的差值，判断差值是否等于0，若否，则执行调节发射端发射的功率至指定功率的步骤，若是，则拒绝执行调节发射端发射的功率至指定功率的步骤。

本发明实施例提供的一种无线充电系统，发射端可以包括：

调节模块，用于：根据接收端反馈的功率利用PID控制算法调节发射端发射的功率至指定功率。

本发明实施例提供的一种无线充电系统中相关部分的说明请参见本发明实施例提供的一种无线充电方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。另外，本发明实施提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种无线充电方法，其特征在于，包括：

接收端接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至所述发射端；

所述发射端判断所述接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围；

若是，则所述发射端调节所述发射端发射的功率至指定功率，供所述接收端接收与所述指定功率对应的预设功率；

在所述接收端接收发射端发射的功率之后，还包括：

所述接收端判断接收的功率是否为所述预设功率，若是，则所述接收端利用接收的功率进行充电，若否，则所述接收端拒绝利用接收的功率进行充电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射端确定所述接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围之后，还包括：

所述发射端计算得到所述发射端发射的功率与所述指定功率之间的差值，判断所述差值是否等于0，若否，则所述发射端执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤，若是，则所述发射端拒绝执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射端调节所述发射端发射的功率至指定功率，包括：

所述发射端根据所述接收端反馈的功率利用PID控制算法调节所述发射端发射的功率至所述指定功率。

4.一种无线充电系统，其特征在于，包括接收端、发射端，其中：

所述接收端，用于：接收发射端发射的功率并将接收的功率反馈至所述发射端；

所述发射端，用于：判断所述接收端反馈的功率是否在预设时间长度内均属于预设范围；若是，则调节所述发射端发射的功率至指定功率，供所述接收端接收与所述指定功率对应的预设功率；

所述接收端还用于：

接收发射端发射的功率之后，判断接收的功率是否为所述预设功率，若是，则利用接收的功率进行充电，若否，则拒绝利用接收的功率进行充电。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发射端还用于：

在确定所述接收端反馈的功率在预设时间长度内均属于预设范围之后，计算得到所述发射端发射的功率与所述指定功率之间的差值，判断所述差值是否等于0，若否，则执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤，若是，则拒绝执行所述调节所述发射端发射的功率至指定功率的步骤。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发射端包括：

调节模块，用于：根据所述接收端反馈的功率利用PID控制算法调节所述发射端发射的功率至所述指定功率。

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