CN107786006B - 一种供电距离可智能调节的无线供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线供电技术领域，尤其涉及一种供电距离可智能调节的无线供电系统及方法。本系统包括发射端、多个接收端，发射端内的第一控制IC分别与供电单元、第一通信单元、电容切换及发射单元相连，每个接收端的第二控制IC分别与第二通信单元、电容切换及接收单元相连，第二控制IC与电容切换及接收单元通过整流滤波单元连接，第二控制IC和整流滤波单元通过电流电压检测单元连接，第一通信单元与第二通信单元无线通信。第一控制IC控制发射端的供电频率与发射端的谐振频率同步，第二控制IC通过第二通信单元获得来自发射端的数据，调整接收端的谐振频率与发射端的谐振频率一致。本发明实现多个接收端位于发射端的供电范围时的智能供电。

Description

一种供电距离可智能调节的无线供电系统及方法

技术领域

本发明属于无线供电技术领域，尤其涉及一种供电距离可智能调节的无线供电系统及方法。

背景技术

现在的无线供电技术，大部分都是基于点对点的无线供电系统。比如手机充电器，电动车无线充电桩等，这些用电设备在进行无线供电时，发射端和接收端之间的距离特别的近，基本都在200mm以内。而对于远距离供电，目前均已解决距离问题，无线供电可以达到1米的空间范围，这样就能给多部产品进行供电提供了可能性。但是在多个用电设备同时处于一个发射端的范围内进行无线充电时，多个用电设备的接收端与一个发射端之间的距离是不确定的。

当多个接收端放在发射端的供电范围之内时，发射端会自动检测到接收端，两者通信之后，进行计算，然后调整发射频率及功率，达到效率最大化。无线供电的发射端发射频率与发射端和接收端之间的距离是有关系的，即在同样的功率下，高频率比低频率的无线输电距离更远。比如现在有2部手机，第一部手机距离发射线圈200mm的距离，第二部手机距离同一个发射线圈有500mm的距离，那么如果想使第二部手机获得与第一部手机同样多的电量，就需要发射端提高频率才可以达到。这时第一部手机可能会收到更多的电量，但是其自身所带负载的原因，实际上第一部手机的电量是不会增加的。如何调整发射端，既满足收发之间效率的最大化，又能兼顾所有的接收端都能得到较高的电能，是目前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供的一种供电距离可智能调节的无线供电系统及方法，能够在多个接收端位于同一发射端的供电范围内，实现每个接收端与发射端之间的通信，达到自动调节供电频率，实现长距离高效率输电的系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种供电距离可智能调节的无线供电系统，其特殊之处在于：包括发射端，位于同一发射端供电范围内的多个接收端，所述发射端内的第一控制IC分别与供电单元、第一通信单元、电容切换及发射单元相连，每个接收端的第二控制IC分别与第二通信单元、电容切换及接收单元相连，在第二控制IC与电容切换及接收单元之间连接有整流滤波单元，在第二控制IC和整流滤波单元之间连接有电流电压检测单元，第一通信单元与第二通信单元之间通过无线通信方式连接。

进一步地，第一控制IC内还设置有为第一控制IC提供电能的电源、对发射端进行整体控制的第一单片机，第一单片机与第一通信单元采用串口通信；每个第二控制IC内设置有对发射端进行整体控制的第二单片机，第二单片机与第二通信单元采用串口通信。

进一步地，电容切换及发射单元采用第一ULN2003芯片，第一ULN2003芯片每个脉冲信号输入端分别被第一单片机的I/O控制，与每个脉冲信号输入端对应的脉冲信号输出端均连接有电容，所有的电容均与第一ULN2003芯片内的第一LC振荡电路相连，第一LC振荡电路还连接有MOS管，第一单片机的IN0与MOS管相连。

进一步地，电容切换及接收单元采用第二ULN2003芯片，第二ULN2003芯片每个脉冲信号输入端分别被第二单片机的I/O控制，与每个脉冲信号输入端对应的脉冲信号输出端均连接有电容，所有的电容均与第二ULN2003芯片内的第二LC振荡电路相连，第一LC振荡电路与第二LC振荡电路之间通过电磁波进行通信。

进一步地，发射端还设置有与第一控制IC相连的发射端显示单元，接收端还设置有与第二控制IC相连的接收端显示单元，与整流滤波单元相连的用电负载。

本发明还提供一种供电距离可智能调节的无线供电方法，其特殊之处在于：发射端通过基本频率和工作频率之间的切换来改变发射端的供电频率，完成发射端与不同接收端之间的无线供电过程：

步骤1、在基本频率下，发射端内的LC谐振频率与发射端的供电频率保持一致，均为基本频率，发射端内的第一LC振荡电路侦测进入发射端供电范围内，与发射端内LC谐振频率一致的接收端，当寻找到与发射端的LC谐振频率一致的接收端时，执行步骤2；

步骤2、发射端通过第一通信单元与当前被侦测到的接收端内第二通信单元进行无线通信，建立发射端和接收端之间的连接，接收端根据基本频率得出接收端此时的电压电流值，并将该电压电流值反馈给发射端；

步骤3、发射端根据步骤2中的电压电流值，得出接收端需要的工作频率，将该工作频率发送给接收端同时调整发射端的供电频率以及发射端的LC谐振频率均与工作频率一致，而接收端内的LC谐振频率也调整至工作频率，实现发射端与当前接收端之间的无线供电。

进一步地，发射端的第一单片机通过I/O控制第一ULN2003芯片内的脉冲信号输入端为高电平，与处于高电平的脉冲信号输入端相对应的脉冲信号输出端接地导通，导通后的脉冲信号输出端串联的电容与第一LC振荡电路来决定发射端的谐振频率，同时第一单片机控制MOS管的导通，使得第一LC振荡电路的谐振频率与发射端的供电频率同步。

进一步地，关于步骤1中，发射端对于接收端的侦测，若有多个接收端位于发射端的供电范围内时，无线供电系统采用间歇寻找机制实现对多个接收端的供电，接收端与发射端之间通过基本频率来进行通信，具体按照如下步骤进行：

步骤11、发射端在对当前接收端正常供电期间，间歇性将发射端当前的供电频率和谐振频率调整为基本频率；

步骤12、当发射端处于基本频率的状态时，新的接收端进入发射端的磁场中，若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率一致，则新的接收端被发射端侦测出来，通过发射端为第二控制IC内的第二单片机供电，将数据通过第二通信单元传递给发射端，判断新的接收端与发射端之间的距离以及需要的功率，来调整新的接收端的谐振频率；若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率不一致，则不能实现发射端与新的接收端的共振，将新的接收端放置在与其谐振频率一致的发射端内进行无线供电。

进一步地，在步骤12中发射端具体调整新的接收端与发射端之间距离的过程具体如下：

步骤a、当新接收端的第二单片机得电后，将电能传送给新接收端的电容切换及接收单元，电能进入新接收端的整流滤波单元变成直流电，新接收端的电流电压检测单元检测出直流电的电压电流值，送给新接收端的第二控制IC，新接收端的第二控制IC根据电压电流值与自身至发射端距离的比例关系，得出新接收端至发射端距离，然后将距离数据通过第二通信单元返回给发射端；

步骤b、发射端得到距离数据后，将新的接收端与自身的距离和其他接收端与自身的距离进行计算，调整发射端的供电频率及功率，为新的接收端和已经存在的接收端提供满足不同接收端的电能。

进一步地，在步骤b中，发射端调整供电频率的过程具体为：发射端接收到新的接收端的距离数据后，在发射端的内存空间中记录新的接收端的编号及供电频率，然后在现有的供电时间中为新的接收端划分相应的时间段；其余的时间段继续发射基本频率，寻找下一个新的接收端。

本发明还提供一种供电距离可智能调节的无线供电方法，其特殊之处在于：发射端通过基本频率和工作频率之间的切换来改变发射端的供电频率，完成发射端与不同接收端之间的无线供电过程：

步骤1、在基本频率下，发射端内的LC谐振频率与发射端的供电频率保持一致，均为基本频率，发射端内的第一LC振荡电路侦测进入发射端供电范围内，与发射端内LC谐振频率一致的接收端，当寻找到与发射端的LC谐振频率一致的接收端时，执行步骤2；

步骤2、发射端通过第一通信单元与当前被侦测到的接收端内第二通信单元进行无线通信，建立发射端和接收端之间的连接，接收端根据基本频率得出接收端此时的电压电流值，并将该电压电流值反馈给发射端；

步骤3、发射端根据步骤2中的电压电流值，得出接收端需要的工作频率，将该工作频率发送给接收端同时调整发射端的供电频率以及发射端的LC谐振频率均与工作频率一致，而接收端内的LC谐振频率也调整至工作频率，实现发射端与当前接收端之间的无线供电。

进一步地，发射端的第一单片机通过I/O控制第一ULN2003芯片内的脉冲信号输入端为高电平，与处于高电平的脉冲信号输入端相对应的脉冲信号输出端接地导通，导通后的脉冲信号输出端串联的电容与第一LC振荡电路来决定发射端的谐振频率，同时第一单片机控制MOS管的导通，使得第一LC振荡电路的谐振频率与发射端的供电频率同步。

进一步地，关于步骤1中，发射端对于接收端的侦测，若有多个接收端位于发射端的供电范围内时，无线供电系统采用间歇寻找机制实现对多个接收端的供电，接收端与发射端之间通过基本频率来进行通信，具体按照如下步骤进行：

步骤11、发射端在对当前接收端正常供电期间，间歇性将发射端当前的供电频率和谐振频率调整为基本频率；

步骤12、当发射端处于基本频率的状态时，新的接收端进入发射端的磁场中，若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率一致，则新的接收端被发射端侦测出来，通过发射端为第二控制IC内的第二单片机供电，将数据通过第二通信单元传递给发射端，判断新的接收端与发射端之间的距离以及需要的功率，来调整新的接收端的谐振频率；若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率不一致，则不能实现发射端与新的接收端的共振，将新的接收端放置在与其谐振频率一致的发射端内进行无线供电。

进一步地，在步骤12中发射端具体调整新的接收端与发射端之间距离的过程具体如下：

步骤a、当新接收端的第二单片机得电后，将电能传送给新接收端的电容切换及接收单元，电能进入新接收端的整流滤波单元变成直流电，新接收端的电流电压检测单元检测出直流电的电压电流值，送给新接收端的第二控制IC，新接收端的第二控制IC根据电压电流值与自身至发射端距离的比例关系，得出新接收端至发射端距离，然后将距离数据通过第二通信单元返回给发射端；

步骤b、发射端得到距离数据后，将新的接收端与自身的距离和其他接收端与自身的距离进行计算，调整发射端的供电频率及功率，为新的接收端和已经存在的接收端提供满足不同接收端的电能。

进一步地，在步骤b中，发射端调整供电频率的过程具体为：发射端根据每个位于其供电范围的接收端与发射端的距离，得到每个接收端在自身与发射端的距离下，能接收到最大电流的发射频率，在第一控制IC内对全部接收端的发射频率进行计算得出满足每个接收端均能接收电能的当前供电频率。

本发明与现有技术相比，其有益之处在于：采用本发明提供的无线供电系统，可以方便的接入多个接收端，在无线供电系统中自动识别每个接收端，自动调整接收端和发射端之间的感应频率。并且接收端和发射端之间的通信是采用的zigbee，可以把其他的通信信息也附加在里边，即zigbee既包含无线供电的调整信息，也包涵负载的控制信息。发射端会依据接收端的数量、距离，达到最优化的发射参数。这样发射端既满足了不同接收端的需求，也不会浪费发射功率。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的电容切换及发射单元的电路连接图；

图3是本发明的电容切换及接收单元的电路连接图。

具体实施方式

以下参照附图1至附图3，给出本发明的具体实施方式，用来对本发明做进一步说明。

实施例1：

在对本实施例进行说明之前，对用到的不同频率的概念进行定义，发射端的供电频率也叫发射频率，有两种频率状态，一个是基本频率，一个是工作频率。LC谐振电路的谐振频率有固有频率，谐振频率也会跟随发射端供电频率的变化进行调整至工作频率，在基本频率时，基本频率与发射端的LC谐振电路的固有频率一致，工作频率就是发射端在为接收端提供满足接收端电能需要时的供电频率，此时LC谐振电路的谐振频率也会调整为与工作频率一致。对于接收端的接收频率也为接收端的工作频率，接收端的LC谐振电路的谐振频率也分为固有频率以及工作频率。

本实施例中的系统包括发射端，位于同一发射端的供电范围内的多个接收端，所述发射端内的第一控制IC分别与供电单元、第一通信单元、电容切换及发射单元相连，每个接收端的第二控制IC分别与第二通信单元、电容切换及接收单元相连，在第二控制IC与电容切换及接收单元之间连接有整流滤波单元，在第二控制IC和整流滤波单元之间连接有电流电压检测单元，第一通信单元与第二通信单元之间通过无线通信方式连接。第一通信单元和第二通信单元的无线通信可采用蓝牙、射频、Zigbee、433M无线中的任一种。在本实施例中第一通信单元、第二通信单元分别为第一zigbee通信单元、第一zigbee通信单元。

第一控制IC内设置有为第一控制IC提供电能的电源、对发射端进行整体控制的第一单片机，本实施例中，发射端的供电单元采用成品AC220V转DC36V的开关电源。第一控制IC的电源采用LM2596从DC36V降压得到5V。第一控制IC采用stm32单片机进行总体控制。第一Zigbee通信单元采用市售常规的zigbee模块，第一单片机与第一zigbee通信单元采用串口通信。

电容切换及发射单元中使用的主要芯片为ULN2003，记为第一ULN2003。此芯片为高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成，主要用于驱动大电流器件，比如电机，灯泡等负载。此处每一路串联进一个电容，当第一ULN2003控制导通时，接入的电容与电感并联，用于改变LC振荡的谐振频率，电容切换及发射单元的展开图如图2所示。

第一ULN2003芯片的引脚1至引脚7均为脉冲信号输入端，引脚10-引脚16均为脉冲信号输出端，引脚1至引脚7分别被第一单片机的I/O控制，与每个脉冲信号输入端对应的脉冲信号输出端均连接有电容，所有的电容均与第一ULN2003芯片内的第一LC振荡电路相连，L1和C1形成第一LC振荡电路，第一LC振荡电路还连接有MOS管，第一单片机的IN0与MOS管相连。

每个第二控制IC内设置有对发射端进行整体控制的第二单片机，第二单片机与第二zigbee通信单元采用串口通信。

接收端中的电容切换及接收单元与发射端类似，也采用ULN2003芯片，在本实施例中记为第二ULN2003芯片，只不过减少了一个控制频率的mos管。电容切换及接收单元的展开图如图3所示。第二ULN2003芯片的引脚1至引脚7均为脉冲信号输入端，引脚10-引脚16均为脉冲信号输出端，引脚1至引脚7分别被第二单片机的I/O控制，与每个脉冲信号输入端对应的脉冲信号输出端均连接有电容，所有的电容均与第二ULN2003芯片内的第二LC振荡电路相连，L2和C2形成第二LC振荡电路，第一LC振荡电路与第二LC振荡电路之间通过电磁波进行通信。

整流滤波单元是将接收到的交流电转变为直流电，供后边的电路使用。用电负载就是需要供电的负载，可以是一个电机，一个灯泡，一个手机等所有的小功率产品。在接收端的第二控制IC等具有等同功能的单元模块与发射端的无异。

在本实施例提供的系统在工作过程中主要有两个特色，其一是发射端及接收端可以自动的，随意的调节发射及接收频率；其二是多个接收端接入系统时不会产生冲突，以下对本系统的工作原理进行说明。

关于发射及接收频率的调节是通过发射端/接收端单片机的I/O控制相应ULN2003芯片的不同引脚导通，接入电容，从而改变谐振频率来实现的，以部分引脚为例进行说明。

比如，发射端的第一单片机控制第一ULN2003芯片的1引脚为高电平，则第一ULN2003芯片的16引脚导通接地，从而将电容C3与L1及C1并联。此时，第一LC振荡电路的LC谐振频率由L1及C3和C1的并联值决定。如果此时第一单片机控制第一ULN2003芯片的2引脚也为高电平，则第一ULN2003芯片的15引脚导通接地，从而将电容C4也接入整个LC振荡中。那么发射端的LC谐振频率就由L1、C1、C3、C4共同决定的。从整个流程看只要改变第一ULN2003芯片的输入端控制引脚的数量及分配，就可以改变发射端总体的谐振频率。因为第一ULN2003芯片有7个引脚，所以总共可以改变2*7次方＝128个谐振频率点。

发射端在改变并联电容的时候，第一单片机还会通过IN0控制电容切换及发射单元内mos管的导通，进而控制第一LC谐振电路中LC谐振的谐振频率，使mos管的供电频率与LC谐振频率同步，达到发射的最高效率。

接收端改变频率也是依照同样的道理，只不过在电容切换及接收单元中没有控制供电频率的mos管，因为接收端只需要将第二LC谐振电路中的LC谐振频率与发射端LC谐振频率调整至一致即可接收电能，不需要控制供电频率。

当发射端调整完谐振频率和供电频率后，第一控制IC会通过串口将频率数据发送给第一zigbee通信单元，频率数据经过第一zigbee通信单元和第二zigbee通信单元之间的传输进入第二控制IC，达到发射端和接收端数据传递的目的。接收端的数据同理也是通过第一zigbee通信单元和第二zigbee通信单元进行反向无线传输。以上是发射端及接收端互相通信，进而自动调整谐振频率，达到效率最大化的频率追踪流程。

在本实施例中频率是智能调节，不固定的。因此，当新的接收端接入系统时，新的接收端与发射端之间频率的调整，采用的是间歇寻找机制。

发射端在正常的工作时间，会在发射完各个设备的谐振频率之后，用100ms的时间变回基本频率。这个时间是依照接收端的个数而确定的，比如现在有2个接收端，则第一个发射300ms，第二个发射300ms，之后跟一个100ms的基本频率发射。如果有5个接收端，则每个接收端均发射300ms，之后跟一个100ms的基本频率发射。本实施例中所讲的基本频率是将发射端所有的I/O口均置0。这时，第一ULN2003芯片的所有输出端均截止，所有与输出端相连的电容均与地隔离，线圈L1只与电容C1并联。此时第一单片机控制IN0的供电频率，使其与发射端内LC的谐振频率相同，这就是系统的基本频率。

接收端也是类似的原理，因为接收端内部没有电能，所以第二单片机不工作，进而第二ULN2003芯片既没有电，也没有控制信号，则接收端内与第二ULN2003芯片输出端相连的电容均不会接入接收端的LC谐振，此时的LC谐振频率只与L2及C2有关。

当新的接收端放入发射端的磁场中时，因为发射端和接收端的LC谐振点相同，所以接收端会感应出电能，经过整流滤波电路，给单片机供电。单片机得电之后，通过第二zigbee通信单元将电流数据传递给发射端进行通信。发射端和接收端通信成功后，会进行下一步的功率及距离计算，调整频率，实现收发之间的效率最大化。

新的接收端与发射端的沟通均是采用基本频率及zigbee模块来通信的。基本频率除了有通信的功能，还有检测距离的作用。

检测原理如下：发射端通过基本频率和工作频率之间的切换来改变发射端的供电频率，完成发射端与不同接收端之间的无线供电过程：

步骤1、在基本频率的状态下，发射端内的LC谐振频率与发射端的供电频率保持一致，均为基本频率，发射端内的第一LC振荡电路侦测进入发射端供电范围内，与发射端内LC谐振频率一致的接收端，当寻找到与发射端的LC谐振频率一致的接收端时，执行步骤2。

步骤2、发射端通过第一通信单元与当前被侦测到的接收端内第二通信单元进行无线通信，建立发射端和接收端之间的连接，接收端根据基本频率得出接收端此时的电压电流值，此时，接收端的接收电流电压是与接收端至发射端的距离成比例的。根据接收端的接收电流，利用提前预制的数据及比例关系，就可以反向计算出与发射端的距离，并将该电压电流值以及距离反馈给发射端。

当无线电能被电容切换及接收单元接收到之后，进入整流滤波单元变成直流电。而电流电压检测单元与整流滤波单元连接，检测出此时新的接收端的电压电流值，将电压电流值发送给第二控制IC。第二控制IC经过对电压电流值数据的计算，得出距离数据，然后将距离数据通过第二zigbee通信单元返回给发射端。

步骤3、发射端的第一通信单元接收到步骤2中的电压电流值以及距离，传输给第一控制IC，第一控制IC经过计算，得出接收端需要的工作频率，此工作频率为接收端最佳接收频率，将该工作频率通过第二通信单元发送给接收端的第二控制IC，同时调整发射端的供电频率以及发射端的LC谐振频率均与工作频率一致，而接收端内的LC谐振频率也调整至工作频率，实现发射端与当前接收端之间的无线供电。

关于步骤1中，发射端对于接收端的侦测，若有多个接收端位于发射端的供电范围内时，无线供电系统采用间歇寻找机制实现对多个接收端的供电，接收端与发射端之间通过基本频率来进行通信，具体按照如下步骤进行：

步骤11、发射端在对当前接收端正常供电期间，间歇性将发射端当前的供电频率和谐振频率调整能为基本频率；

步骤12、当发射端处于基本频率的状态时，新的接收端进入发射端的磁场中，若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率一致，则新的接收端被发射端侦测出来，通过发射端为第二控制IC内的第二单片机供电，将数据通过第二通信单元传递给发射端，判断新的接收端与发射端之间的距离以及需要的功率，来调整新的接收端的谐振频率；若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率不一致，则不能实现发射端与新的接收端的共振，将新的接收端放置在与其谐振频率一致的发射端内进行无线供电。

对于发射端具体调整新的接收端与发射端之间距离的原理如下：在设备出厂之前，需要对接收端设备进行频率与距离的参数映射。在基本频率的状态下，发射端以最大的发射功率进行电能传输，此时，接收端也会调整到基本频率进行电能的接收。接收端接收的电流值是与接收端至发射端的距离成比例的。而后，再试验在不同的距离下，采用不同的发射频率，接收端能收到的最大电流是多少。如表1所示，从表1中我们可以看出，当在基本频率下，接收端收到的1.5A的电流时，是与发射端距离为20mm，并且从纵列中查找，发现当频率为52KHz的时候，接收电流是最大的。此时，接收端通过zigbee将距离数据或频率数据反向发送给发射端，发射端就会按照选定的52KHz向外发射能量。至此，基本频率与距离与最佳供电频率与接收电流就会产生联系。以上的试验调试完毕后，当批量生产的时候，将数据直接烧写到接收端芯片中即可。

表1

发射端在接收到距离数据后调整频率的过程具体为：

发射端得到此接收端的距离数据后，就会在发射端的内存空间中记录此新的接收端的编号及无线供电谐振频率，然后将目前的供电时间分出一个时间段给此新的接收端。

举例说明：假如现在有3个接收端，分别是接收端A，接收端B，接收端C。接收端A采用XkHz的频率供电，B接收端采用YkHZ的频率供电，C接收端采用ZkHz的频率进行供电。那么发射端会在1s的供电时间内，用300ms的时间发射X频率的无线电能给A接收端供电，用300ms的时间发射Y频率的无线电能给B接收端供电，用300ms的时间发射Z频率的无线电能给C接收端供电。剩余的100ms时间用于继续发射基本频率，寻找下一个新的接收端。这样，从宏观上来看，每个接收端都会在同一发射端的供电范围内接收到适合自己的最大功率的无线电能。

采用本实施例中的无线供电系统提供的无线供电方案，可以解决多个接收端同时工作的情况下，发射功率分配不均衡的问题。使每个接收端都能得到最高效的电能。

实施例2：

在本实施例中，无线供电系统的结构基本类似与实施例1，仅在发射端调整发射频率的过程中有所改变，本实施例的调整原理，在于满足全部的接收端在同一时间段内同时供电，但是不能确保每个接收端处于最优的发射频率下接收电能。

发射端根据每个位于其供电范围的接收端与发射端的距离，得到每个接收端在自身与发射端的距离下，能接收到最大电流的发射频率，在第一控制IC内对全部接收端的发射频率进行计算得出满足每个接收端均能接收电能的当前发射频率。

现举例说明，还是以表1为例：

假如有三个接收端，分别是接收端A距离发射端10mm、接收端B距离发射端20mm及接收端C距离发射端30mm，这三个接收端均位于同一个发射端的供电范围内，并且这三个接收端可以分别位于三个设备中。那么在三个接收端加入无线供电系统的时候，会通过基本频率首先确定出每个接收端与发射端的距离，进而会确定出对于该接收端的最佳发射频率。并且这个最佳发射频率会通过各自的zigbee通信单元传输到发射端，发射端会保存该数据。从表1中可以看出该数据内容为：接收端A采用48kHz进行无线供电，此时电流可以达到2.1A，效率最高；接收端B采用52kHz进行无线供电，此时电流可以达到2.0A，效率最高；接收端C采用70kHz进行无线供电，此时电流可以达到1.9A，效率最高。三个接收端的数据收到之后，发射端中的第一控制IC会在内部进行综合计算，得出最优化的频率。比如本实施例中，最佳的方案是采用52kHz的频率发射比较好，虽然接收端A的接收电流会下降至1.6A，接收端C设备的电流会下降至1.5A，但是总体效率是最高的，不会出现某一个接收端接收电流非常小的情况。

表1中的数据只为了说明无线供电系统的运作过程，在实际的测试及生产中，因为产品的不同，工艺的不同，数据会有所变化，与表1不同。

实施例3

在实施例1或2的基础上，本实施例中无线供电系统的结构基本类似与实施例1，并且无线供电系统进行无线供电的方式也和实施例1相同，不同的地方是，本实施例中在发射端和接收端分别增加反应供电状况的显示单元。

在本实施例中，发射端还设置有与第一控制IC相连的发射端显示单元，接收端还设置有与第二控制IC相连的接收端显示单元，与整流滤波单元相连的用电负载。

发射端显示单元及接收端显示单元均采用市售成品LCD12864液晶显示屏，在实际的应用中，如果为了缩小体积及空间，也可以将显示单元去掉。

在本实施例中，对于接收端增加用电负载，来进一步提高整个供电系统功能的完整性，整流滤波单元是将接收到的交流电转变为直流电，供后边的电路使用。用电负载就是需要供电的负载，用电负载直接和整流滤波单元相连，用电负载可以是一个电机，一个灯泡，一个手机等所有的小功率产品。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种供电距离可智能调节的无线供电系统，其特征在于：包括发射端，位于同一发射端供电范围内的多个接收端，所述发射端内的第一控制IC分别与供电单元、第一通信单元、电容切换及发射单元相连，每个接收端的第二控制IC分别与第二通信单元、电容切换及接收单元相连，在第二控制IC与电容切换及接收单元之间连接有整流滤波单元，在第二控制IC和整流滤波单元之间连接有电流电压检测单元，第一通信单元与第二通信单元之间通过无线通信方式连接；第一控制IC内还设置有为第一控制IC提供电能的电源、对发射端进行整体控制的第一单片机，第一单片机与第一通信单元采用串口通信；每个第二控制IC内设置有对发射端进行整体控制的第二单片机，第二单片机与第二通信单元采用串口通信；电容切换及发射单元采用第一ULN2003芯片，第一ULN2003芯片每个脉冲信号输入端分别被第一单片机的I/O控制，与每个脉冲信号输入端对应的脉冲信号输出端均连接有电容，所有的电容均与第一ULN2003芯片内的第一LC振荡电路相连，第一LC振荡电路还连接有MOS管，第一单片机的IN0与MOS管相连；电容切换及接收单元采用第二ULN2003芯片，第二ULN2003芯片每个脉冲信号输入端分别被第二单片机的I/O控制，与每个脉冲信号输入端对应的脉冲信号输出端均连接有电容，所有的电容均与第二ULN2003芯片内的第二LC振荡电路相连，第一LC振荡电路与第二LC振荡电路之间通过电磁波进行通信；发射端还设置有与第一控制IC相连的发射端显示单元，接收端还设置有与第二控制IC相连的接收端显示单元，与整流滤波单元相连的用电负载；

发射端通过基本频率和工作频率之间的切换来改变发射端的供电频率，完成发射端与不同接收端之间的无线供电过程：

步骤1、在基本频率下，发射端内的LC谐振频率与发射端的供电频率保持一致，均为基本频率，发射端内的第一LC振荡电路侦测进入发射端供电范围内，与发射端内LC谐振频率一致的接收端，当寻找到与发射端的LC谐振频率一致的接收端时，执行步骤2；

步骤2、发射端通过第一通信单元与当前被侦测到的接收端内第二通信单元进行无线通信，建立发射端和接收端之间的连接，接收端根据基本频率得出接收端此时的电压电流值，并将该电压电流值反馈给发射端；

步骤3、发射端根据步骤2中的电压电流值，得出接收端需要的工作频率，将该工作频率发送给接收端同时调整发射端的供电频率以及发射端的LC谐振频率均与工作频率一致，而接收端内的LC谐振频率也调整至工作频率，实现发射端与当前接收端之间的无线供电；

发射端的第一单片机通过I/O控制第一ULN2003芯片内的脉冲信号输入端为高电平，与处于高电平的脉冲信号输入端相对应的脉冲信号输出端接地导通，导通后的脉冲信号输出端串联的电容与第一LC振荡电路来决定发射端的谐振频率，同时第一单片机控制MOS管的导通，使得第一LC振荡电路的谐振频率与发射端的供电频率同步；

关于步骤1中，发射端对于接收端的侦测，若有多个接收端位于发射端的供电范围内时，无线供电系统采用间歇寻找机制实现对多个接收端的供电，接收端与发射端之间通过基本频率来进行通信，具体按照如下步骤进行：

步骤11、发射端在对当前接收端正常供电期间，间歇性将发射端当前的供电频率和谐振频率调整能为基本频率；

步骤12、当发射端处于基本频率的状态时，新的接收端进入发射端的磁场中，若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率一致，则新的接收端被发射端侦测出来，通过发射端为第二控制IC内的第二单片机供电，将数据通过第二通信单元传递给发射端，判断新的接收端与发射端之间的距离以及需要的功率，来调整新的接收端的谐振频率；若新的接收端谐振频率与发射端的谐振频率不一致，则不能实现发射端与新的接收端的共振。

2.如权利要求1所述的一种供电距离可智能调节的无线供电系统，其特征在于：在步骤12中发射端具体调整新的接收端与发射端之间距离的过程具体如下：

步骤a、当新接收端的第二单片机得电后，将电能传送给新接收端的电容切换及接收单元，电能进入新接收端的整流滤波单元变成直流电，新接收端的电流电压检测单元检测出直流电的电压电流值，送给新接收端的第二控制IC，新接收端的第二控制IC根据电压电流值与自身至发射端距离的比例关系，得出新接收端至发射端距离，然后将距离数据通过第二通信单元返回给发射端；

步骤b、发射端得到距离数据后，将新的接收端与自身的距离和其他接收端与自身的距离进行计算，调整发射端的供电频率及功率，为新的接收端和已经存在的接收端提供满足不同接收端的电能。

3.如权利要求2所述的一种供电距离可智能调节的无线供电系统，其特征在于：在步骤b中，发射端调整供电频率的过程具体为：发射端接收到新的接收端的距离数据后，在发射端的内存空间中记录新的接收端的编号及供电频率，然后在现有的供电时间中为新的接收端划分相应的时间段；其余的时间段继续发射基本频率，寻找下一个新的接收端。

4.如权利要求3所述的一种供电距离可智能调节的无线供电系统，其特征在于：在步骤b中，发射端调整供电频率的过程具体为：发射端根据每个位于其供电范围的接收端与发射端的距离，得到每个接收端在自身与发射端的距离下，能接收到最大电流的发射频率，在第一控制IC内对全部接收端的发射频率进行计算得出满足每个接收端均能接收电能的当前供电频率。