CN107834710B - 无线充电方法、设备及无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种无线充电方法、设备及无线充电系统,该无线充电系统可包括:发射器和接收器,发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,发射线圈和第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,第一振荡电路用于向接收器传递功率;接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,接收线圈和第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;第二振荡电路用于接收第一振荡电路传递的功率。实施本申请实施例,可以减少接收器中的电能损耗,提高接收器的充电效率。

Description

无线充电方法、设备及无线充电系统
技术领域
本发明实施例涉及电子技术领域,尤其涉及一种无线充电方法、设备及无线充电系统。
背景技术
近年来无线充电技术在电子产品上的应用越来越广泛。相比于传统的接触式电能传输技术,无线电能传输技术因为电源和负载之间不存在电缆的连接,更加安全、便捷。实现无线电能传输的方式主要包括以下几种方式:电磁辐射式、电磁感应式、电磁谐振式和电场耦合方式。基于效率和安全性方面的考虑,目前大多数无线电能传输采用电磁感应式和电磁谐振式进行无线充电。
电磁感应式和电磁谐振式的无线充电系统均是利用发射器中线圈和接收器中线圈之间的电磁感应来进行电能传输的。在进行无线充电时,发射器的振荡电路将电能转换成高频交流电供给初级线圈,初级线圈将电能通过高频电流产生的磁场耦合到距离很近接收器的次级线圈,次级线圈接收电能并经转换电路转换为直流电供给负载使用。
然而,实际应用中,在充电时如果接收器(如手机)与发射器(如无线充电盘)位置存在较大偏位,初级线圈与次级线圈的耦合效率降低,从而降低了接收器的充电效率。且耦合效率降低会使发射器产生更强的高频电流以产生更强的磁场,更强的磁场和低的充电效率导致发射器和接收器发热严重。
发明内容
本发明实施例提供一种无线充电方法、设备及无线充电系统,用于提高接收器的充电效率。
第一方面,本申请实施例提供一种无线充电系统,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000011
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数。发射器和接收器中的电路参数满足
Figure BDA0001476803340000012
可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000021
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000022
的正数。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为
Figure BDA0001476803340000023
将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000024
范围,或者范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述k为1,所述X为
Figure BDA0001476803340000026
Figure BDA0001476803340000027
k=1时,Lp*Cp-Ls*Cs=0,此时将电压增益调节为
Figure BDA0001476803340000028
Figure BDA0001476803340000029
无线充电系统工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述发射器还包括第一电压调节模块,所述第一电压调节模块与所述第一振荡电路并联;所述第一电压调节模块,用于通过调节所述发射器的输入电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益。
在一个实施例中,所述接收器还包括第二电压调节模块,所述第二电压调节模块与所述第二振荡电路并联;所述第二电压调节模块,用于通过调节所述接收器的输出电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为所述第一电压增益。
第二方面,本申请实施例提供一种发射器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向接收器传递功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器中接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器中第二串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率。发射器中的电路参数满足Lp*Cp=k*Ls*Cs,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为第一电压增益时,无线充电系统工作在负载无关点;所述无线充电系统包括所述发射器和所述接收器,所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000031
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000032
的正数。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为
Figure BDA0001476803340000033
将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000034
范围,或者
Figure BDA0001476803340000035
范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述k为1,所述X为
Figure BDA0001476803340000036
Figure BDA0001476803340000037
k=1时,Lp*Cp-Ls*Cs=0,此时将电压增益调节为
Figure BDA0001476803340000038
Figure BDA0001476803340000039
无线充电系统工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述发射器还包括电压调节模块,所述电压调节模块与所述第一振荡电路并联;所述电压调节模块,用于通过调节所述发射器的输入电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为所述第一电压增益。
第三方面,本申请实施例提供一种接收器,所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收发射器传递的功率;所述接收线圈在接收所述发射器传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000041
所述Lp是所述发射器中发射线圈在向接收器传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器中第一串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向所述第二振荡电路传递功率。接收器中的电路参数满足
Figure BDA0001476803340000042
可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为第一电压增益时,无线充电系统工作在负载无关点;所述无线充电系统包括所述发射器和所述接收器,所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000043
的正数,或者,所述X为满足的正数。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为
Figure BDA0001476803340000045
将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000046
范围,或者
Figure BDA0001476803340000047
范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述k为1,所述X为
Figure BDA0001476803340000051
Figure BDA0001476803340000052
k=1时,Lp*Cp-Ls*Cs=0,此时将电压增益调节为
Figure BDA0001476803340000053
Figure BDA0001476803340000054
无线充电系统工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述接收器还包括电压调节模块,所述电压调节模块与所述第二振荡电路并联;所述电压调节模块,用于通过调节所述接收器的输出电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为所述第一电压增益。
第四方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000055
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000056
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000057
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;所述发射器以所述第一电压增益向所述接收器传输功率。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000059
范围,或者
Figure BDA00014768033400000510
范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述k为1,所述X为
Figure BDA0001476803340000061
Figure BDA0001476803340000062
k=1时,Lp*Cp-Ls*Cs=0,此时将电压增益调节为
Figure BDA0001476803340000063
Figure BDA0001476803340000064
无线充电系统工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:所述发射器接收所述接收器发送的指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;所述发射器根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压。
在一个实施例中,所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述方法还包括:所述发射器接收所述接收器发送的指示所述Cs的信息和/或指示所述Ls的信息,所述Cs和所述Ls用于所述发射器确定所述第一电压增益;和/或,所述发射器接收所述接收器发送的指示所述第一电压增益的信息。
第五方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000065
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:所述接收器向所述发射器发送指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;所述第一输出电压用于所述发射器根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压;其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000066
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000067
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;所述接收器接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000072
范围,或者范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
第六方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000074
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000075
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000076
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;所述接收器接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000078
范围,或者
Figure BDA0001476803340000079
范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述k为1,所述X为
Figure BDA0001476803340000081
Figure BDA0001476803340000082
k=1时,Lp*Cp-Ls*Cs=0,此时将电压增益调节为
Figure BDA0001476803340000084
无线充电系统工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
在一个实施例中,所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:所述接收器接收所述发射器发送的指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输入电压;所述接收器根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压。
在一个实施例中,所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述方法还包括:所述接收器接收所述发射器发送的指示所述Cp的信息和/或指示所述Lp的信息,所述Cp和所述Lp用于所述接收器确定所述第一电压增益;和/或,所述接收器接收所述发射器发送的指示所述第一电压增益的信息。
第七方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000085
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:所述发射器向所述接收器发送指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输入电压;所述第一输入电压用于所述接收器根据所述第一输入电压和所述第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压;其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000086
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000087
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;所述发射器以所述第一电压增益向所述接收器传输的功率。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000092
范围,或者
Figure BDA0001476803340000093
范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
第八方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述方法包括:
所述发射器从第一映射表中查找出第一耦合程度对应第一负载无关点;
或者,
所述发射器接收所述接收器发送的指示所述第一负载无关点的信息,所述第一负载无关点是所述接收器从第一映射表中查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点;
其中,所述第一负载无关点包含所述第一电压增益,所述第一耦合程度是所述发射器中的线圈和所述接收器中的线圈的耦合程度;所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
所述发射器以所述第一电压增益向所述接收器传输功率。
通过耦合程度从第一映射表中查找得到负载无关点,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。无需限定发射器和接收器的电路参数,提高了发射器和接收器的通用性。
在一个实施例中,所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:所述发射器接收所述接收器发送的指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;所述发射器根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压。
在一个实施例中,所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述方法还包括:所述发射器接收所述接收器发送的指示所述Cs的信息和/或指示所述Ls的信息,所述Cs和所述Ls用于所述发射器确定所述第一电压增益;和/或,所述发射器接收所述接收器发送的指示所述第一电压增益的信息。
第九方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述方法包括:
接收器向发射器发送指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;所述第一输出电压用于所述发射器根据所述第一输出电压和第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压;所述第一电压增益包含在所述发射器从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;或者,所述第一电压增益包含在所述接收器从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;所述第一负载无关点是所述接收器携带在指示所述第一负载无关点的信息中发送给所述发射器的;
其中,所述第一耦合程度是所述发射器中的发射线圈和所述接收器中的接收线圈的耦合程度,所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
所述接收器接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。
通过耦合程度从第一映射表中查找得到负载无关点,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。无需限定发射器和接收器的电路参数,提高了发射器和接收器的通用性。
第十方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述方法包括:
所述接收器从第一映射表中查找出第一耦合程度对应第一负载无关点;
或者,
所述接收器接收所述发射器发送的指示所述第一负载无关点的信息,所述第一负载无关点是所述发射器从第一映射表中查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点;
其中,所述第一负载无关点包含所述第一电压增益,所述第一耦合程度是所述发射器中的发射线圈和所述接收器中的接收线圈的耦合程度;所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
所述接收器接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。
通过耦合程度从第一映射表中查找得到负载无关点,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。无需限定发射器和接收器的电路参数,提高了发射器和接收器的通用性。
在一个实施例中,所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:所述接收器接收所述发射器发送的指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输入电压;所述接收器根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压。
在一个实施例中,所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述方法还包括:所述接收器接收所述发射器发送的指示所述Cp的信息和/或指示所述Lp的信息,所述Cp和所述Lp用于所述接收器确定所述第一电压增益;和/或,所述接收器接收所述发射器发送的指示所述第一电压增益的信息。
第十一方面,本申请实施例提供一种基于无线充电系统的充电方法,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述方法包括:
发射器向接收器发送指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输出电压;所述第一输入电压用于所述接收器根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压;所述第一电压增益包含在所述发射器从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;或者,所述第一电压增益包含在所述接收器从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;所述第一负载无关点是所述接收器携带在指示所述第一负载无关点的信息中发送给所述发射器的;
其中,所述第一耦合程度是所述发射器中的发射线圈和所述接收器中的接收线圈的耦合程度,所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
所述发射器以所述第一电压增益向所述接收器传输的功率。
通过耦合程度从第一映射表中查找得到负载无关点,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。无需限定发射器和接收器的电路参数,提高了发射器和接收器的通用性。
第十二方面,本申请实施例提供一种发射器,该发射器包括用于执行第四方面或第四方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法的模块或单元。
第十三方面,本申请实施例提供一种接收器,该接收器包括用于执行第五方面所提供的无线充电方法的模块或单元。
第十四方面,本申请实施例提供一种接收器,该发射器包括用于执行第六方面或第六方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法的模块或单元。
第十五方面,本申请实施例提供一种发射器,该发射器包括用于执行第七方面所提供的无线充电方法的模块或单元。
第十六方面,本申请实施例提供一种发射器,该发射器包括用于执行第八方面或第八方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法的模块或单元。
第十七方面,本申请实施例提供一种接收器,该接收器包括用于执行第九方面或第九方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法的模块或单元。
第十八方面,本申请实施例提供一种接收器,该发射器包括用于执行第十方面或第十方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法的模块或单元。
第十九方面,本申请实施例提供一种发射器,该发射器包括用于执行第十一方面或第十一方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法的模块或单元。
第二十方面,本申请实施例提供了一种发射器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第四方面或第四方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十一方面,本申请实施例提供了一种接收器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第五方面或第五方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十二方面,本申请实施例提供了一种接收器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第六方面或第六方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十三方面,本申请实施例提供了一种发射器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第七方面或第七方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十四方面,本申请实施例提供了一种发射器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第八方面或第八方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十五方面,本申请实施例提供了一种接收器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第九方面或第九方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十六方面,本申请实施例提供了一种接收器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第十方面或第十方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十七方面,本申请实施例提供了一种发射器,包括:处理器,存储器,收发器和总线;处理器、收发器、存储器通过总线相互通信;收发器,用于接收和发送数据;存储器,用于存储指令;处理器,用于调用存储器中的指令,执行第十一方面或第十一方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十八方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第四方面或第四方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第二十九方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第五方面或第五方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第六方面或第六方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十一方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第七方面或第七方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十二方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第八方面或第八方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十三方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第九方面或第九方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十四方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第十方面或第十方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十五方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第十一方面或第十一方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十六方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第四方面或第四方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十七方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第五方面所提供的无线充电方法。
第三十八方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第六方面或第六方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第三十九方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第七方面或第七方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第四十方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第八方面或第八方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第四十一方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第九方面所提供的无线充电方法。
第四十二方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在接收器上运行时,使得接收器执行第十方面或第十方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第四十三方面,本申请实施例提供了一种计算机程序,该计算机程序包括指令,当该指令在发射器上运行时,使得发射器执行第十一方面或第十一方面的任一种可能实现方式所提供的无线充电方法。
第四十四方面,本申请实施例提供了一种发射器的芯片产品,用以执行第四方面或第四方面的任意可能的实现方式中的方法。
第四十五方面,本申请实施例提供了一种接收器的芯片产品,用以执行第五方面或第五方面的任意可能的实现方式中的方法。
第四十六方面,本申请实施例提供了一种接收器的芯片产品,用以执行第六方面或第六方面的任意可能的实现方式中的方法。
第四十七方面,本申请实施例提供了一种发射器的芯片产品,用以执行第七方面或第七方面的任意可能的实现方式中的方法。
第四十八方面,本申请实施例提供了一种发射器的芯片产品,用以执行第八方面或第八方面的任意可能的实现方式中的方法。
第四十九方面,本申请实施例提供了一种接收器的芯片产品,用以执行第九方面或第九方面的任意可能的实现方式中的方法。
第五十方面,本申请实施例提供了一种接收器的芯片产品,用以执行第十方面或第十方面的任意可能的实现方式中的方法。
第五十一方面,本申请实施例提供了一种发射器的芯片产品,用以执行第十一方面或第十一方面的任意可能的实现方式中的方法。
本申请实施例中,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少接收器中稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案,下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请实施例涉及的一种无线充电系统架构示意图;
图2是本申请实施例提供的一种发射器与接收器之间偏位的示意图;
图3是本申请实施例提供的一种无线充电系统的等效电路模型;
图4是本申请实施例提供的一种电压增益与工作频率的关系示意图;
图5是本申请实施例提供的另一种无线充电系统的等效电路模型;
图6是本申请实施例提供的另一种电压增益和工作频率的关系示意图;
图7是本申请实施例提供的又一种电压增益和工作频率的关系示意图
图8是本申请实施例提供的另一种无线充电系统的架构示意图;
图9是本申请实施例提供的一种无线充电方法的流程示意图;
图10是本申请实施例提供的又一种无线充电系统的结构示意图;
图11是本申请实施例提供的另一种无线充电方法的流程示意图;
图12是本申请实施例提供的又一种无线充电方法的流程示意图;
图13是本申请实施例提供的再一种无线充电方法的流程示意图;
图14是本申请实施例提供的一种电能转换效率的测试结果;
图15是本申请实施例提供的另一种电能转换效率的测试结果;
图16是本申请实施例提供的一种电压和电流的测试示意图;
图17是本申请实施例提供的一种无线充电系统100的结构示意图;
图18是本申请实施例提供的另一种无线充电系统100的结构示意图;
图19是本申请实施例提供的又一种无线充电系统100的结构示意图;
图20是本申请实施例提供的再一种无线充电系统100的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释,而非旨在限定本申请。
本申请实施例公开了一种无线充电方法及设备,用于提高接收器的充电效率。以下分别进行详细说明。
请参见图1,图1是本申请实施例涉及的一种无线充电系统架构示意图。如图1所示,该无线充电系统100包括:发射器10和接收器20。发射器10可以向接收器20传输功率,以实现对接收器20进行无线充电。
接收器20可以是可移动的用户设备(user equipment,UE)、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、用户终端、或用户代理。接入终端可以是蜂窝电话、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或车载设备、可穿戴设备、5G系统中的终端或者未来演进的公共陆地移动网络(public land mobile network,PLMN)中的终端等。具体的,接收器20可以是手机(mobile phone)、平板电脑(Pad)、带无线收发功能的电脑、虚拟现实(virtual reality,VR)终端设备、增强现实(augmented reality,AR)终端设备、工业控制(industrial control)中的无线终端、无人驾驶(self driving)中的无线终端、远程手术(remote medical surgery)中的无线终端、智能电网(smart grid)中的无线终端、运输安全(transportation safety)中的无线终端、智慧城市(smart city)中的无线终端、智慧家庭(smart home)中的无线终端等等。接收器20还可以是无线充电电动汽车、白色家电,例如无尾电视、无线充电豆浆机、带无线充电的扫地机器人和多旋翼无人机等等。
发射器10和接收器20之间的数据通信方式可以采用无线通信,具体地,可以是带内通信、蓝牙通信、Zigbee通信、WiFi通信等等。
发射器10可以包括:直流电源101、直流/交流转换模块102、串联匹配电容(电容值为Cp)103、发射线圈104和控制模块105。接收器20可以包括:接收线圈201、串联匹配电容(电容值为Cs)202、交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206和控制模块207。
具体地,如图1所示,直流电源101用于提供充电电能,直流/交流转换模块102与直流电源101连接,用于接收直流电源101输出的直流电,并将接收到的直流电转换为交流电输出。串联匹配电容(电容值为Cp)103和发射线圈104连接组成振荡电路,该振荡电路与直流/交流转换模块102连接,用于接收直流/交流转换模块102输出的交流电,并将交流供给发射线圈104。通过发射线圈104与接收线圈201的耦合作用,将发射线圈104的功率传输给接收线圈201。控制模块105可以分别与直流电源101、直流/交流转换模块102、串联匹配电容(电容值为Cp)103和发射线圈104连接,用于与各个模块交互控制参数,以实现对各个模块的控制。
其中,直流/交流转换模块102可以是全桥逆变电路,还可以是半桥逆变电路,还可以是其他实现直流转换为交流的逆变电路,本申请实施例对此不作限定。
如图1所示,接收线圈201与串联匹配电容(电容值为Cs)202连接,组成接收器20侧的振荡电路。接收线圈201通过线圈耦合接收发射线圈104传输的功率,并经过振荡电路转换为交流电。交流/直流转换模块203与振荡电路连接,用于接收振荡电路输出的交流电,并对交流电进行整流得到输出电压Vrect。稳压模块204,与交流/直流转换模块203连接,用于消除交流/直流转换模块203输出电压Vrect的波动,输出稳定的电压V2。负载输出205与稳压模块204连接,用于接收稳压模块204输出的供电电压V2。调制模块206用于实现与发射器10进行带内通信。
具体地,如图1所示,调制模块206可以采用开关电容调制和/或开关电阻调制。接收器20通过控制开关S1和/或S2的接通和断开,使得电容C1和/或电阻R1接入接收器电路,或者不接入接收器电路,从而改变接收器20中接收线圈201中电流或电压,使发射器10的电压或电流发生变化。发射器10采集电压或电流,并进行解调处理后分析,即可获取接收器20调制的通信信号。控制模块207可以分别与接收线圈201、串联匹配电容(电容值为Cs)202、交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206连接,用于与各个模块交互控制参数,以实现对各个模块的控制。
其中,直流/交流转换模块102可以是的二极管全桥整流电路,还可以是开关管同步整流电路,还可以是半桥整流电路,还可以是其他实现交流转换为直流的整流电路,本申请实施例对此不作限定。
在进行带内(In-Band)通信时,调制电容C1和调制电阻R1的接入会引起接收器20回路中负载的波动。例如,如果接收器20发生负载跳动,根据无线充电联盟(wirelesspower consortium,WPC)标准,为了维持接收器输出电压恒定,需要调节工作频率,这个过程需要通过带内通信来传递调节工作频率的控制参数。进行带内通信时,带内通信会对接收器的输出负载产生影响,例如,如果为电容调制方式,如果交流/直流转换模块203为全波整流二极管电桥,调制电容C1接入相当于在整流桥其中两个整流管处增加了电容值,当流入整流电桥的电流极性改变时,调制电容C1会发生充电或者放电,即相当于负载扰动,对V1产生影响。
调制电容和/或调制电阻的接入和断开引起V1出现较高幅度的变化。而经过稳压模块204后输出的V2是一个平稳的直流电压,因此V1超过V2的电压部分被稳压模块204消耗,变成了稳压模块204的功耗,从而增加了接收器20的电能损耗。
而在接收器20与发射器10放置位置存在偏位时,发射线圈104与接收线圈201之间未正对,存在错位。负载跳变将导致输出电压V1明显波动。且带内通信会导致输出电压V1跳变,稳压模块204操作频繁,稳压模块204电能损耗增加,充电效率下降。
基于上述图1的无线充电系统架构示意图,本申请提供了一种无线充电方法,可以降低负载跳变时,引起的输出电压的波动,降低带内通信引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
本申请涉及的主要发明原理可包括:通过电压调节和工作频率调节使无线充电系统工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
举例说明,无线充电系统工作在负载无关点(
Figure BDA0001476803340000171
X0)。即接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为X0,发射器的输入电压为Vin0,接收器的输出电压为Vout0,且Vout0/Vin0=X0,发射器向接收器传输功率的工作频率为
Figure BDA0001476803340000172
在发射器的输出负载发生跳变时,由于无线充电系统工作在负载无关点,输出负载的跳变不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,仍然为X0。而发射器的输入电压Vin0未发生改变,因此,接收器的输出电压Vout0也不发生改变。输出负载跳变前和跳变后,输入到稳压模块上电压的波动很小,因此,减少了稳压模块的电能损耗,可以提高接收器的充电效率。
为了便于理解本申请实施例,对本申请实施例涉及的与负载无关点相关的一些概念或术语进行解释。
(1)耦合系数和互感
耦合系数是用来表征发射器10中的发射线圈和接收器20中的接收线圈之间耦合的紧密程度。耦合系数越高,发射器10中的发射线圈向接收器20中的接收线圈传输功率的效率越高。耦合系数与两者(发射器10与接收器20)的偏位有关,发射器10与接收器20之间偏位越大,发射器10中的发射线圈和接收器20中的接收线圈之间耦合的紧密程度越小,耦合系数越小。因此在进行无线充电时,发射器10与接收器20之间偏位越小,无线充电系统的充电效率越高。即耦合系数K由发射器10与接收器20之间偏位确定。这里的偏位是指发射器10中的发射线圈和接收器20中的接收线圈位置偏移。具体的,请参阅图2,图2是本申请实施例提供的一种发射器与接收器之间偏位的示意图。如图2所示,发射器10与接收器20之间偏位s可以理解为发射器10中的发射线圈104中心和接收器20中的接收线圈201中心之间的位置偏移情况。例如可以是发射器10中的发射线圈104中心和接收器20中的接收线圈201中心之间的水平距离。如果发射器10中包含多个发射线圈,发射器10与接收器20之间偏位s还可以理解为发射器10中目标发射线圈中心与接收器20中的接收线圈201中心之间的位置偏移情况。目标发射线圈可以是与接收器20的接收线圈201距离最小的发射器10中的一个或多个发射线圈。
互感是互感系数的简称,可以用于表征发射器中的发射线圈和接收器中的接收线圈之间互感现象的强弱。耦合系数K与互感M的关系为:
Figure BDA0001476803340000181
其中,Lp与Ls分别为在进行功率传输时,接收器的等效电感和发射器的等效电感。互感的大小也能够反映发射器与接收器之间偏位。
耦合系数和互感均可以用来表示发射器10中的发射线圈与接收器20中的接收线圈之间的耦合程度,当然也可以新定义参数来表示发射器10中的发射线圈与接收器20中的接收线圈之间的耦合程度。本申请实施例以耦合系数K为例进行介绍,可以理解的是,本申请实施例不限于耦合系数来表示发射器10中的发射线圈与接收器20中的接收线圈之间的耦合程度,也可以是互感来表示,还可以是其他新定义的参数来表示。
(2)工作频率和电压增益
工作频率是指在无线充电系统中发射器向接收器传输功率的频率。不同的工作频率下耦合线圈上传输的功率不同,在工作频率为
Figure BDA0001476803340000182
的情况下,耦合线圈上传输的功率最大。
在需要调节接收器的输出功率或者输出电压时,可以通过带内通信将控制信息以误差控制信息包的方式传递给发射器,发射器根据该控制信息调整发射器进行功率传输的工作频率大小,进而调整发射器等效电感Lp中的磁场的强弱来达到接收器期望的输出功率或者输出电压。
电压增益是指接收器的输出电压与发射器的输入电压的比值。其中,输出电压是指接收器上经AC/DC转换模块整流后得到的电压值,输入电压是指发射器上经DC/AC转换模块转换后得到的电压值。当无线充电系统的工作频率变化时,电压增益也相应的发生变化。
(3)负载无关点
a.负载无关点是什么
负载无关点是指在电压增益与工作频率的关系曲线上,接收器的输出负载阻抗变化对无线充电系统的电压增益和工作频率不产生影响的点。
请参阅图3,图3是本申请实施例提供的一种无线充电系统的等效电路模型。如图3所示,图1所示的无线充电系统可以等效为图3所示的无线供电系统磁耦合结构模型。其中,发射器的输出电压为Uop,输出电流为Iop,输出电压和输出电流的频率为fop。Cp为发射器的串联匹配电容值,Lp为发射器中发射线圈在向接收器传递功率时的自感值,Rp为发射器的输入电阻。Cs为接收器的串联匹配电容值,Ls为接收器中接收线圈在接收发射器中传输的功率时,Rs为接收器的电阻,is为接收器的线圈上的电流,ZL为负载阻抗。iL和uL分别为负载电流和负载电压。K为发射器的线圈和接收器的线圈之间的耦合系数。发射器的串联匹配电容(电容值为Cp)和发射线圈组成第一振荡电路,接收器的串联匹配电容(电容值为Cs)与接收线圈组成第二振荡电路,第一振荡电路用于向第二振荡电路传递功率。第二振荡电路用于接收第一振荡电路传递的功率,并将功率传递给交流/直流转换模块。本申请实施例中,发射器的串联匹配电容可以称为第一串联匹配电容,接收器的串联匹配电容可以称为第二串联匹配电容。
耦合系数K固定时,在接收器的输出负载阻抗不同的情况下,电压增益X与工作频率
Figure BDA0001476803340000191
的关系曲线不同。请参阅图4,图4是本申请实施例提供的一种电压增益与工作频率的关系示意图。如图4所示,在耦合系数K为定值K0时,分别绘制出负载阻抗ZL为Z1、Z2和Z3对应的一组
Figure BDA0001476803340000192
曲线,Z1、Z2和Z3为不同的取值。Z1、Z2和Z3对应的一组
Figure BDA0001476803340000193
曲线相交在同一个点。在该相交点上,无论无线充电系统的负载阻抗为何值,工作频率为
Figure BDA0001476803340000194
电压增益为X0,(
Figure BDA0001476803340000195
X0)可以称为负载无关点。负载无关点是无线充电系统的固有特征。在负载无关点,如果将无线充电系统的工作频率调节为
Figure BDA0001476803340000196
则接收器的输出负载阻抗ZL为任何值,电压增益均为X0。
下面给出无线充电系统的负载无关点的电压增益X0和工作频率的具体计算。
由于在负载无关点,无线充电系统具有固定的电压增益,而变压器电路即具有恒定的电压变换比值,如果将电压增益类比为电压变换比值,工作在负载无关点的无线充电系统可以等效为变压器电路模型,请参阅图5,图5是本申请实施例提供的另一种无线充电系统的等效电路模型。
如图5所示,等效变压器电路模型中,Lkp为变压器原边漏感,Lks为变压器副边漏感,Lm为变压器原边励磁电感。变压器电压变换比可以理解为电压增益X,即输出电压/输入电压=X。可以理解的是,只有无线充电系统工作在负载无关点的情况下,图3所示的无线充电系统的等效模型才可以等效为图5所示的变压器等效电路模型。
根据等效变压器电路模型,可得到:
Lkp=Lp-Lm (1)
Lks=Ls-Lm*X2 (2)
等效变压器电路模型中,可知Cp和Lkp形成串联谐振,Cs和Lks形成串联谐振。原边和副边具有相同的串联谐振频率
Figure BDA0001476803340000201
该串联谐振频率即为无线充电系统中的工作频率,计算串联谐振频率
Figure BDA0001476803340000202
为:
Figure BDA0001476803340000203
根据公式(3)可得:
(Lp-Lm)*Cp=(Ls-Lm*X2)*Cs (4)
整理公式(4)可得:
Lp*Cp-Ls*Cs=Lm*(Cp-Cs*X2) (5)
一般地,在无线充电系统设计完成后,Lp、Cp、Ls和Cs为定值,因此,设Lp*Cp-Ls*Cs=Const(以下简称Const),可得到,等效变压器电路模型的变压比,即无线充电系统的电压增益X为:
Figure BDA0001476803340000204
X0和
Figure BDA0001476803340000205
可以分别表示为公式(3)和公式(6)。
可以看出,负载无关点与耦合系数相关。实际在进行无线充电时,在发射器和接收器放置位置确定时,耦合系数为定值,因此在在发射器和接收器的相对位移恒定时,负载无关点也是确定的。耦合系数K与互感M的关系是
Figure BDA0001476803340000206
因此,互感M与负载无关点的关系与耦合系数类似。
b.两种负载无关点
根据上述负载无关点的特性,下面介绍本申请的设计思路。
由公式(6)可知,负载无关点除了与耦合系数相关,还与Const相关。请参阅图6,图6是本申请实施例提供的另一种电压增益和工作频率的关系示意图。如图6所示,Const>0时,耦合系数K分别为K0、K1和K2,对应的负载无关点分别为(
Figure BDA0001476803340000207
X0)、(X1)和(
Figure BDA0001476803340000209
X2)。耦合系数K0、K1和K2对应发射器与接收器的偏位分别为s0、s1和s2,其中s0>s1>s2。结合图5和公式(6)可知,在Const>0时,随着偏位的增大,负载无关点的电压增益变大,工作频率变小。而在Const<0时,随着偏位的增大,负载无关点的电压增益变小,工作频率也变小。
而当Const=0时,代入公式(6)得到:
Figure BDA0001476803340000211
由公式(7)可知,在Const=0时,负载无关点的电压增益恒为
Figure BDA0001476803340000212
不再与两线圈的耦合程度相关。请参阅图7,图7是本申请实施例提供的又一种电压增益和工作频率的关系示意图。在耦合系数K分别为K0、K1和K2时,对应的负载无关点分别为(
Figure BDA0001476803340000213
X0)、(X0)和(
Figure BDA0001476803340000215
X0)。其中,
Figure BDA0001476803340000216
耦合系数K0、K1和K2对应发射器与接收器的偏位分别为s0、s1和s2,其中s0>s1>s2。可见,不管发射器与接收器的偏位是多少,负载无关点的电压增益均为
Figure BDA0001476803340000217
在Const=0时,随着偏位的增大,负载无关点的电压增益不变,工作频率逐渐减小。也即是说,在Const=0时,负载无关点的电压增益与两设备之间的偏位无关。由于Const=Lp*Cp-Ls*Cs=0,所以Cp/Cs=Ls/Lp,即负载无关点的电压增益也可以表达为
Figure BDA0001476803340000218
根据上述的Const=0和Const≠0的特性分别设计一种无线充电系统工作在负载无关点的无线充电方法。下面分别进行描述。
Const=0时,调整无线充电系统工作在负载无关点过程如下:由于在Const=0时,负载无关点的电压增益与两设备之间的偏位无关,电压增益始终为
Figure BDA0001476803340000219
基于上述特性,可以通过调节发射器向接收器传输功率的工作频率,将无线充电系统的电压增益调节为负载无关点的电压增益则相应的发射器向接收器传输功率的工作频率为
Figure BDA00014768033400002111
Const≠0时,调整无线充电系统工作在负载无关点过程如下:Const≠0时,负载无关点的电压增益X和工作频率
Figure BDA00014768033400002112
随着耦合系数变化。而公式(3)和公式(6)中,原边励磁电感Lm与耦合系数相关,Lm是未知的。因此Const≠0时,对于无线充电系统来说,无法直接通过计算得到负载无关点。可以预存耦合系数、Const与负载无关点映射关系,得到第一映射表。无线充电系统可以首先根据发射器与接收器之间的偏位情况确定发射器与接收器之间的耦合系数,并查询第一映射表,得到当前耦合系数下的负载无关点。并调整无线充电系统工作在该负载无关点。
c.怎样设置负载无关点
本申请实施例中,需要设置无线充电系统进行功率传输时工作在负载无关点。可以设置接收器的输出电压与发射器的输入电压之间的电压增益恒定为负载无关点的电压增益X0,则发射器向接收器传输功率的工作频率为负载无关点的工作频率
Figure BDA0001476803340000222
在设置增益为负载无关点的电压增益X0的过程中,需要调节电压。可以是在发射器中设置电压调节模块,用于调节发射器的输入电压,来将电压增益设置为负载无关点的电压增益X0。也可以是在接收器中设置电压调节模块,用于调节接收器中的输出电压,来将电压增益设置为负载无关点的电压增益X0,工作频率即通过闭环变频调节为负载无关点的工作频率
Figure BDA0001476803340000223
本申请实施例中,电压调节模块可以设置在发射器,或者电压调节模块设置在接收器。在Const=0时,基于上述主要发明原理,根据上述两种方式,本申请实施例分别提供了调节无线充电系统工作在负载无关点的方法的几个实施例。
由于在Const=0时,要求无线充电系统中Lp*Cp-Ls*Cs=0。因此,本申请实施例提供一种无线充电系统,如图3所示,该无线充电系统中,发射器和接收器的电路参数Lp、Cp、Ls和Cs可以使负载无关点的电压增益不随耦合系数的改变而改变。由于实际工作时偏位对Lp和Ls大小有略微影响,在电路设计时,可以设计Lp、Cp、Ls和Cs满足:
Figure BDA0001476803340000221
k为满足0.8≤k≤1.2的正数,来保证无线充电系统工作在负载无关点附近。可以理解的是,本申请实施例对k满足0.8≤k≤1.2的条件不作限定,例如还可以是0.7≤k≤1.3,该范围可以是根据无线充电系统设计精度需求来确定,本申请对此不作限定。
具体地,例如,对发射器和接收器组成的无线充电系统进行电路设计使得k=1,也即是说无线充电系统中Lp、Cp、Ls和Cs满足Lp*Cp-Ls*Cs=0。再例如,对发射器和接收器组成的无线充电系统进行电路设计使得k=0.8,也即是说无线充电系统中Lp、Cp、Ls和Cs满足Lp*Cp-0.8*Ls*Cs=0。需要说明的是,上述例子仅用于解释本申请实施例,不应构成限定。
(1)Const=0,且电压调节模块设置在发射器时无线充电的实现
请参阅图8,图8是本申请实施例提供的另一种无线充电系统的架构示意图。发射器10可以包括:直流电源101、直流/交流转换模块102、串联匹配电容(电容值为Cp)103、发射线圈104和控制模块105。接收器20可以包括:接收线圈201、串联匹配电容(电容值为Cs)202、交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206和控制模块207。以上各个模块的具体描述可以参考图1所描述的无线充电系统架构,这里不再赘述。
在图8所描述的无线充电系统中,发射器中还设置有电压调节模块106,用于调节发射器的输入电压,来将电压增益设置为负载无关点的电压增益X0。具体地,电压调节模块106,用于接收直流电源101输出的直流电压,并接收控制模块105输出的控制信号,以调节该直流电压,来将电压增益设置为负载无关点的电压增益X0。
电压调节模块106可以是DC/DC输出电压可调节模块,也可以是电压适配器电路。电压调节模块106即为第一电压调节模块。
接收器20还包括电池管理系统(battery management system,BMS)208,接收器20还用于接收BMS发送的期望输出电压V_out_target,该期望输出电压有以下两个用途:首先,V_out_target用于接收器调节输出电压为期望输出电压。其次,该期望输出电压V_out_target还用于发射器根据该期望输出电压和负载无关点的电压增益X0确定发射器的输入电压为第一输入电压Vin_set,并通过发射器中的电压调节模块将输入电压调节为第一输入电压Vin_set。以下将分别进行描述。
首先,接收器将输出电压调节为BMS的期望输出电压V_out_target,实际上是一个闭环反馈调节的过程。具体调节过程如下:如图8所示,接收器将V_out_target作为稳压模块204的参考,并增加一个预设增量得到Vrect的预设值,该预设增量可以是通过查表得到的,用于保证相关芯片正常工作。接收器通过检测R1和R2连接点的电位获取整流器当前的输出电压Vrect,根据Vrect的预设值和检测到的当前Vrect得到误差电压,并将误差电压通过带内通信发送给发射器。发射器可以通过改变发射器与接收器之间传输功率的工作频率来调节Vrect,接收器可以通过多次上述的反馈误差电压的方式,最终将Vrect调节为Vrect的预设值。根据期望输出电压得到的Vrect的预设值以下称为第一输出电压。
其次,该期望输出电压V_out_target用于发射器根据该期望输出电压和负载无关点的电压增益X0确定发射器的输入电压为第一输入电压Vin_set,具体如下,基于图8所描述的无线充电系统的结构示意图。
基于图8所描述的无线充电系统的结构示意图,请参阅图9,图9是本申请实施例提供的一种无线充电方法的流程示意图。在图9所描述的实施例中,无线充电系统的负载无关点(
Figure BDA0001476803340000233
X0)中电压增益X0为第一电压增益。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益X0均为第一电压增益。该无线充电方法可以包括以下步骤:
S101、接收器向发射器发送指示第一输出电压的信息。第一输出电压是接收器的期望输出电压。
S102、发射器根据第一输出电压和第一电压增益将发射器的输入电压设置为第一输入电压。
S103、发射器以第一电压增益向接收器传输功率。
实际上,发射器以第一电压增益向接收器传输功率时,由于第一电压增益为负载无关点的电压增益,此时发射器向接收器传递功率的工作频率为第一工作频率,发射器的输入电压为第一输入电压。
其中,接收器的期望的输出电压是BMS发送给控制模块207的,实际上,调节发射器的输入电压为第一输入电压也是一个闭环反馈调节的过程。具体过程如下:发射器的输入电压根据第一输入电压是逐渐进行调节的。发射器的输入电压的变化会引起接收器的输出电压偏离第一输出电压。接收器输出电压偏离导致接收器会再次启动调节输出电压为期望输出电压第一输出电压的闭环反馈回路调节,从而引起发射器调节功率传输的工作频率。经过上述闭环反馈调节过程,最终将发射器的输入电压为第一输入电压,电压增益为负载无关点的电压增益X0,功率传输的工作频率即落在负载无关点的工作频率
Figure BDA0001476803340000232
需要说明的是,本申请实施例中,发射器的输入电压是指发射器中电压调节模块106的输出电压。接收器的输出电压是指接收器中整流模块203的输出电压Vrect。本申请实施例中,负载无关点的电压增益X0即为第一电压增益。
本申请实施例中,由于无线充电系统的负载无关点上电压增益是恒定的,要保证无线充电系统工作在负载无关点,需要对发射器的串联匹配电容的电容值Cp、发射器线圈在向接收器传递功率时的自感值Lp、接收器的串联匹配电容的电容值Cs、接收器线圈在接收发射器传递的功率时的自感值Ls进行设计,使以上参数满足
Figure BDA0001476803340000241
k为满足0.8≤k≤1.2的正数。
而在实际电路中,考虑到电路损耗等因素,在设置负载无关点电压增益时,可以将电压增益增加或减少一个偏移量。第一电压增益X0可以为满足
Figure BDA0001476803340000242
的正数。例如,设置负载无关点的电压增益值为
Figure BDA0001476803340000243
或者
Figure BDA0001476803340000244
可以理解的是,本申请实施例对电压增益设置的偏移量不作限定,例如还可以是设置第一电压增益为
Figure BDA0001476803340000245
或者该范围可以是根据无线充电系统设计精度需求来确定,本申请对此不作限定。
无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益恒定为
Figure BDA0001476803340000247
将电压增益设定在
Figure BDA0001476803340000248
范围,或者范围,使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
第一输出电压可以是接收器中的BMS期望的输出电压。在无线充电持续过程中,接收器中BMS期望的输出电压可能会发生变化。BMS期望的输出电压可以受接收器电量等因素影响。举例说明,负载无关点的电压增益为1.1。在接收器的电量较少(可以是低于某一阈值)的情况下,接收器中BMS期望的输出电压可以是9.9V。接收器通过闭环回路向发射器反馈当前输出电压与设定的输出电压的差值,发射器在接收到该电压差值时,调节工作频率。通过上述闭环调节过程将接收器中稳压模块的输出电压调节为9.9V。同时接收器将BMS期望的输出电压9.9V发送给发射器,发射器根据BMS期望的输出电压9.9V和电压增益1.1计算得到发射器的输入电压为9V。则发射器通过电压调节模块对发射器的输出电压逐渐进行调节,发射器的输入电压改变会使接收器的输出电压偏离9.9V,当接收器检测到偏离9.9V时,启动闭环回路向发射器反馈当前输出电压与设定的输出电压的差值,发射器重新根据该电压差值调节工作频率。上述闭环回路的调节完成后,发射器的输入电压为9V,接收器的输出电压为9.9V,电压增益为1.1,工作频率也正好落在负载无关点的工作频率上。
无线充电持续一定时间后,接收器的电量较多(可以是高于另一阈值)的情况下,BMS期望的输出电压可以是5.5V。当前的接收器的输出电压仍然为9.9V,则接收器可以重复上述的闭环回路调节过程,最终将发射器的输入电压调整为5V,接收器的输出电压调节为5.5V,电压增益为1.1,工作频率也正好落在负载无关点的工作频率上。
无线充电系统在负载无关点进行功率传输时,如果接收器发生移动,导致接收器与发射器之间的偏位改变,进而发射器的电感线圈与接收器的电感线圈之间的耦合系数发生改变。如图7所示,如果接收器发生移动前耦合系数为K0,无线充电系统工作的负载无关点为(
Figure BDA0001476803340000251
X0)。接收器发生移动后耦合系数为K1,无线充电系统的负载无关点变为(
Figure BDA0001476803340000252
X0)。接收器发生移动后,如图7所示,
Figure BDA0001476803340000253
曲线由1变为2,由于工作频率仍然为
Figure BDA0001476803340000254
对应的电压增益变大,导致输出电压偏离BMS期望的输出电压。接收器可以进行闭环回路调节过程,具体过程可参考步骤S104中的具体描述,这里不再赘述,闭环回路调节完成后,电压增益被拉回X0,对应的工作频率为
Figure BDA0001476803340000255
无线充电系统工作在耦合系数为K1对应的负载无关点(
Figure BDA0001476803340000256
X0)上。
可以理解的,示例仅仅用来解释本申请实施例,不应构成限定。
本申请实施例中,第一输入电压是第一输出电压除以第一电压增益得到的。第一电压增益可以是接收器发送给发射器的,接收器可以是根据Cp和Cs(或者Ls和Lp)计算得到的并发送给发射器的,接收器也可以是预先设置的电压增益并发送给发射器的。第一电压增益也可以是接收器根据Cp和Cs(或者Ls和Lp)计算得到的,发射器可以预先接收接收器发送的指示Cs的信息,或者指示Ls的信息。Cs(Ls)和第一输出电压可以是被同一信息指示的,也可以是被不同的信息指示的,本申请对此不作限定。
以上介绍了电压调节模块设置在发射器中,发射器调节输入电压以调节电压增益为负载无关点的电压增益,使无线充电系统最终工作在负载无关点。电压调节模块也可以设置在接收器中,以下详细进行说明。
使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
负载无关点的电压增益也与耦合系数无关,也即是说,在无线充电过程中,无论发射器与接收器之间的偏位为何值,负载无关点的电压增益恒定为
Figure BDA0001476803340000257
在调节无线充电系统工作在负载无关点过程中,只需将接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益调节至
Figure BDA0001476803340000258
附近,无线充电系统进行功率传输的工作频率即可通过闭环回路作用调节到负载无关点的工作频率上,无线充电系统即可工作在负载无关点。可见,无论发射器与接收器之间的偏位为何值,均只需调节接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益调节至
Figure BDA0001476803340000259
附近,可以提高调节无线充电系统工作在负载无关点的便利性。
(2)Const=0,且电压调节模块设置在接收器时无线充电的实现
请参阅图10,图10是本申请实施例提供的又一种无线充电系统的结构示意图。发射器10可以包括:直流电源101、直流/交流转换模块102、串联匹配电容(电容值为Cp)103、发射线圈104和控制模块105。接收器20可以包括:接收线圈201、串联匹配电容(电容值为Cs)202、交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206、控制模块207和电池管理系统208。以上各个模块的具体描述可以参考图1和图8所描述的无线充电系统架构,这里不再赘述。串联匹配电容103即为第一串联匹配电容,串联匹配电容(电容值为Cs)202即为第二串联匹配电容。
在图10所描述的无线充电系统中,接收器中还设置有电压调节模块209,用于调节接收器的输出电压,来将电压增益设置为负载无关点的电压增益X0。具体地,电压调节模块209,用于接收AC/DC转换模块203输出的电压,并接收控制模块207输出的控制信号,以调节电压,来将电压增益设置为负载无关点的电压增益X0。电压调节模块209即为第二电压调节模块。
接收器调节接收器的输出电压为第一输出电压的过程也是一个闭环反馈调节的过程。具体过程如下:接收器的输出电压是根据第一输出电压逐渐进行调节的。接收器根据第一输出电压和当前接收器的电压调节模块的输出电压的计算得到电压差值,并将该电压差值通过带内通信的方式发送给发射器,发射器根据该电压差值调节工作频率。经过上述闭环反馈调节过程,在调节完成时,最终将接收器的输出电压调节为第一输出电压,电压增益为负载无关点的电压增益X0,功率传输的工作频率即落在负载无关点的工作频率
Figure BDA0001476803340000265
基于图10所描述的无线充电系统的结构示意图,请参阅图11,图11是本申请实施例提供的另一种无线充电方法的流程示意图。在图11所描述的实施例中,无线充电系统的负载无关点(X0)中电压增益为常数X0。无论耦合系数为何值,负载无关点的电压增益均为X0。该无线充电方法可以包括以下步骤:
S201、发射器向接收器发送指示第一输入电压的信息。第一输入电压是发射器的输入电压。
S202、接收器根据第一输入电压和第一电压增益将接收器的输出电压设置为第一输出电压。
S203、发射器以第一电压增益向接收器传输功率。
实际上,发射器以第一电压增益向接收器传输功率时,由于第一电压增益为负载无关点的电压增益,此时发射器向接收器传递功率的工作频率为第一工作频率,接收器的输出电压为第一输出电压。
接收器将输出电压调节为第一输出电压且电压增益为
Figure BDA0001476803340000261
时,通过闭环反馈调节,发射器将传输功率的工作频率调节为负载无关点的工作频率。此时,无线充电系统工作在负载无关点。
而在实际电路中,考虑到电路损耗等因素,在设置负载无关点电压增益时,可以将电压增益增加或减少一个偏移量。第一电压增益X0可以为满足
Figure BDA0001476803340000262
的正数。例如,设置负载无关点的电压增益值为
Figure BDA0001476803340000263
或者(1-20%)。可以理解的是,本申请实施例对电压增益设置的偏移量不作限定,例如还可以是设置第一电压增益为
Figure BDA0001476803340000264
或者(1-30%),该范围可以是根据无线充电系统设计精度需求来确定,本申请对此不作限定。
在步骤S201之前,发射器可以接收接收器发送的指示第一输出电压的信息,根据第一输出电压确定发射器的输入电压为第一输入电压。发射器可以是根据预先保存的第二映射表确定的第一输入电压。该第二映射表包含至少一个输出电压,以及至少一个输出电压中每个输出电压分别对应的发射器的输入电压。在发射器的输入电压为每个输出电压对应的发射器的输入电压时,将无需充电系统调节到负载无关点,接收器的输出电压即为上述的每个输出电压。此时第一输出电压是满足接收器中BMS的期望输出电压的。
在无线充电系统进行充电过程中,如果不同充电阶段接收器中的BMS的期望输出电压不同,则要求发射器中也需要包含电压调节模块,该电压调节模块可以参考图8所描述的实施例中发射器中的电压调节模块106。该电压调节模块用于发射器根据第一输出电压确定发射器的输入电压为第一输入电压之后,将发射器的输入电压调节为第一输入电压。
无线充电系统在负载无关点进行功率传输时,如果接收器发生移动,导致接收器与发射器之间的偏位改变,进而发射器的电感线圈与接收器的电感线圈之间的耦合系数发生改变。如图7所示,如果接收器发生移动前耦合系数为K0,无线充电系统工作的负载无关点为(
Figure BDA0001476803340000274
X0)。接收器发生移动后耦合系数为K1,无线充电系统的负载无关点变为(
Figure BDA0001476803340000275
X0)。接收器发生移动后,如图7所示,
Figure BDA0001476803340000277
曲线由1变为2,由于工作频率仍然为
Figure BDA0001476803340000276
对应的电压增益变大,导致输出电压偏离BMS期望的输出电压。接收器可以进行闭环回路调节过程,具体过程可参考步骤S104中的具体描述,这里不再赘述,闭环回路调节完成后,电压增益被拉回X0,对应的工作频率为
Figure BDA0001476803340000278
无线充电系统工作在耦合系数为K1对应的负载无关点(
Figure BDA0001476803340000279
X0)上。
本申请实施例中,第一输出电压是第一输入电压乘以第一电压增益得到的。第一电压增益可以是发射器发送给接收器的,发射器可以是根据Cp和Cs(或者Ls和Lp)计算得到的并发送给发射器的。第一电压增益也可以是发射器根据Cp和Cs(或者Ls和Lp)计算得到的,接收器可以预先接收发射器发送的指示Cp的信息,或者指示Lp的信息。Cp(Lp)和第一输入电压可以是被同一信息指示的,也可以是被不同的信息指示的,本申请对此不作限定。
使无线充电系统工作在负载无关点附近,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。
负载无关点的电压增益也与耦合系数无关,也即是说,在无线充电过程中,无论发射器与接收器之间的偏位为何值,负载无关点的电压增益恒定为
Figure BDA0001476803340000271
在调节无线充电系统工作在负载无关点过程中,只需将接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益调节至
Figure BDA0001476803340000272
附近,无线充电系统进行功率传输的工作频率即可通过闭环回路作用调节到负载无关点的工作频率上,无线充电系统即可工作在负载无关点。可见,无论发射器与接收器之间的偏位为何值,均只需调节接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益调节至附近,可以提高调节无线充电系统工作在负载无关点的便利性。
在设计无线充电系统时,可以根据希望的电压增益,设计电容值、电感值,在进行充电时,将无线充电系统的电压增益设置在负载无关点对应的电压增益,即第一电压增益,则无线充电系统工作在负载无关点,接收器的输出电阻的变化不会对传输功率的工作频率产生影响,接收器的输出电阻的变化也不会引起电压增益变化,从而使接收器的输出电压恒定,减小了接收器的输出电阻跳变引起的输出电压跳变,从而可以减小稳压模块消耗的电能,提高充电效率。请参阅表1,表1为一种在(
Figure BDA0001476803340000281
X0)负载跳变的输出电压跳变测试结果。
表1一种工作在(
Figure BDA0001476803340000282
X0)负载跳变的输出电压跳变测试结果
Figure BDA0001476803340000283
表1中,Cp和Cs设计值满足
Figure BDA0001476803340000284
即无线充电系统工作在负载无关点,接收器中输出电阻跳变引起接收器电流在0.3A和1.25A之间的两次跳变对应引起接收器的输出电压分别发生0.65V和0.66V的波动。而Cp和Cs设计值不满足
Figure BDA0001476803340000285
即无线充电系统未工作在负载无关点,接收器中输出电阻跳变引起接收器电流在0.3A和1.25A之间的两次跳变对应引起接收器的输出电压分别发生4.8V和3.6V的波动。可见,通过设置无线充电系统工作在负载无关点,可以减小接收器的输出电阻跳变引起的输出电压跳变,从而可以减小稳压模块消耗的电能,提高充电效率。
本申请实施例中,实际上在Const≠0时,也可以设计无线充电系统工作在负载无关点。在电路发射器和接收器的电路参数Lp、Cp、Ls和Cs不满足Const≠0的情况下,负载无关点的电压增益不再恒定为
Figure BDA0001476803340000286
电压调节模块可以设置在发射器,或者电压调节模块设置在接收器。根据上述两种方式,本申请实施例分别提供了调节无线充电系统工作在负载无关点的方法的几个实施例。
(1)Const≠0,且电压调节模块设置在发射器时无线充电的实现
基于图8所描述的无线充电系统的结构示意图,请参阅图12,图12是本申请实施例提供的又一种无线充电方法的流程示意图。图12所描述的实施例中,无线充电系统的负载无关点(X0)中电压增益X0是和耦合系数相关的。该无线充电方法可以包括以下步骤:
S301、接收器从第一映射表中查找出第一耦合程度对应第一负载无关点,第一负载无关点包含第一电压增益。
S302、接收器将指示第一负载无关点的信息发送给发射器。
S303、接收器向发射器发送指示第一输出电压的信息。
S304、发射器根据第一输出电压和第一电压增益将发射器的输入电压设置为第一输入电压。
S305、发射器以第一电压增益向接收器传输功率。
实际上,发射器以第一电压增益向接收器传输功率时,由于第一电压增益为负载无关点的电压增益,此时发射器向接收器传递功率的工作频率为第一工作频率,发射器的输入电压为第一输入电压。
本申请实施例中,接收器可以预存第一映射表,第一映射表可以包括至少一个耦合程度,以及至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与接收器的输出负载无关。上述的耦合程度可以是耦合系数,也可以是互感,以下以耦合系数为例介绍。
第一映射表可以根据Const是否已知分为两种形式。以下分别进行介绍。
(a)Const已知
如果对于接收器来说,发射器的Cp和Lp是已知的,或者,对于发射器来说,接收器的Cs和Ls为已知的,即Lp*Cp-Ls*Cs=Const为已知的。对于该已知的Const可以预先设置不同的耦合系数进行负载无关点的测量,例如,以固定的步长改变偏位,来测试或者计算对应的耦合系数,以及耦合系数对应的负载无关点。具体地,请参阅表2,表2是本申请实施例提供的一种第一映射表的示意图。
表2一种第一映射表的示例(Const=Const0)
Figure BDA0001476803340000291
如表2所示,发射器和接收器对应的Const为Const0。则可以预先测试并存储偏位s为su(u=0、1、2……n)对应的耦合系数为Ku,负载无关点为(Xu,
Figure BDA0001476803340000292
),其中,n和u均为自然数。
接收器可以预存上述的第一映射表。在发射器向接收器传输功率时,接收器根据检测到的接收器与发射器之间的偏位,查找出对应的负载无关点。之后将查找出的负载无关点发送给接收器。例如,接收器检测到当前与发射器的偏位为s2,则根据预存的上述第一映射表,查表得到耦合系数为K2,负载无关点为(X2,
Figure BDA0001476803340000293
)。
另外,在调节电压增益和发射器的输入电压时,工作频率是通过闭环回路进行调节,是被动调节的,无需知道工作频率
Figure BDA0001476803340000295
的具体数值。为减少存储数据量,节省存储空间,接收器也可以是仅仅预存第一映射表内负载无关点的电压增益X,具体地,请参阅表3,表3是本申请实施例提供的另一种第一映射表的示意图。
表3一种第一映射表的示例(Const=Const0)
Figure BDA0001476803340000296
Figure BDA0001476803340000301
如表3所示,发射器和接收器对应的Const为Const0。预先测试并存储偏位s为su(u=0、1、2……n)对应的耦合系数为Ku,负载无关点的电压增益Xu,其中,n和u均为自然数。
接收器可以预存上述的第一映射表。在发射器向接收器传输功率时,接收器根据检测到的接收器与发射器之间的偏位,查找出对应的负载无关点的电压增益。之后将查找出的负载无关点的电压增益发送给接收器。例如,接收器检测到当前与发射器的偏位为s2,则根据预存的上述第一映射表,查表得到耦合系数为K2,负载无关点的电压增益为X2。
在接收器查找出负载无关点的电压增益后,接收器或者发射器也可以根据公式(3)和公式(6)计算得到负载无关点的工作频率。
(b)Const未知
如果接收器进行充电的发射器是未知的,或者,发射器充电的接收器是未知的。也即是说,对于接收器来说,发射器的Cp和Lp不是已知的,或者对于发射器来说,接收器的Cs和Ls不是已知的。可以以固定的步长改变Const的值,来测试各个Const下,不同耦合系数,以及耦合系数对应的负载无关点。可以预存不同的Const、耦合系数K对应的负载无关点。具体地,请参阅表4,表4是本申请实施例提供的又一种第一映射表的示例。
表4一种第一映射表的示例(Const未知)
Figure BDA0001476803340000302
如表4所示,预先测试并存储偏位s为su(u=0、1、2……n),Const为Const v(v=0、1、2……m)对应的负载无关点为(Xvu,)。其中,m、n、u和v均为自然数。
接收器可以预存上述的第一映射表。在发射器向接收器传输功率时,接收器首先可以获取发射器的Lp和Cp。并计算得到Const,接收器根据计算得到的Const和检测到的接收器与发射器之间的偏位,查找出对应的负载无关点。之后将查找出的负载无关点发送给接收器。例如,接收器计算得到的Const为Const1,接收器检测到当前与发射器的偏位为s2,则根据预存的上述第一映射表,查表得到负载无关点为(X12,
Figure BDA0001476803340000304
)。
当然,节省存储空间,接收器也可以是仅仅预存第一映射表内负载无关点的电压增益X,具体地,请参阅表5,表5是本申请实施例提供的再一种第一映射表的示意图。
表5一种第一映射表的示例(Const未知)
Figure BDA0001476803340000311
如表5所示,预先测试并存储偏位s为su(u=0、1、2……n),Const为Const v(v=0、1、2……m)对应的负载无关点的电压增益为Xvu。其中,m、n、u和v均为自然数。
接收器可以预存上述的第一映射表。在发射器向接收器传输功率时,接收器首先可以获取发射器的Lp和Cp。并计算得到Const,接收器根据计算得到的Const和检测到的接收器与发射器之间的偏位,查找出对应的负载无关点的电压增益。之后将查找出的负载无关点的电压增益发送给接收器。例如,接收器计算得到的Const为Const1,接收器检测到当前与发射器的偏位为s2,则接收器根据预存的上述第一映射表,查表得到负载无关点的电压增益为X12。
由于接收器一般为移动终端,其存储、处理数据的能力很强,将第一映射表存储在接收器可以减小发射器进行处理、存储数据的负担,且可以加快查表的速度,降低调节负载无关点的时延。当然,也可以将上述的第一映射表存储在发射器,发射器可以直接通过查表获取负载无关点,无需通过接收器发送,可以减少带内通信,节省信令开销。
Const≠0时,在接收器中BMS期望的输出电压发生变化时,负载无关点的电压增益和工作频率均未发生变化。接收器或者发射器无需重新查询第一映射表,只需重复执行步骤S303-S305,根据发生改变的第一输出电压和负载无关点的电压增益将无线充电系统重新调节到负载无关点即可。
Const≠0时,无线充电系统工作在负载无关点时,如果发射器和接收器之间的偏位发生改变,例如发射器充电位置发生改变,则耦合系数发生改变,无线充电系统的负载无关点的电压增益和工作频率也发生改变,需要重新确定负载无关点,并将无线充电系统调节到负载无关点,即根据偏位改变后新的耦合系数重复执行步骤S301-S305。
而在实际电路中,考虑到电路损耗等因素,在查找到耦合系数对应的负载无关点的电压增益X0后,在设置电压增益时,可以将电压增益设置为负载无关点的电压增益X0增加或减少一个偏移量。例如,将电压增益设置为第一电压增益X0,第一电压增益X0可以为满足的正数。例如,设置负载无关点的电压增益值为
Figure BDA0001476803340000313
(1+20%)或者
Figure BDA0001476803340000314
可以理解的是,本申请实施例对电压增益设置的偏移量不作限定,例如还可以是设置第一电压增益为
Figure BDA0001476803340000321
或者
Figure BDA0001476803340000322
该范围可以是根据无线充电系统设计精度需求来确定,本申请对此不作限定。
通过耦合程度从第一映射表中查找得到负载无关点,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。无需限定发射器和接收器的电路参数,提高了发射器和接收器的通用性。
可见,通过上述查找第一映射表的方式确定负载无关点的第一电压增益,无需限定发射器和接收器中的电路参数满足
Figure BDA0001476803340000323
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数,即可将无线充电系统设置在负载无关点。也即是说,任何电路参数的发射器和接收器均可以使其工作在负载无关点,从而可以提高发射器和接收器的通用性。
以上介绍了电压调节模块设置在发射器中,发射器调节输入电压以调节电压增益为负载无关点的电压增益,使无线充电系统最终工作在负载无关点。电压调节模块也可以设置在接收器中,以下详细进行说明。
(2)Const≠0,且电压调节模块设置在发射器时无线充电的实现
基于图9所描述的无线充电系统的结构示意图,请参阅图13,图13是本申请实施例提供的再一种无线充电方法的流程示意图。图13所描述的实施例中,无线充电系统的负载无关点(
Figure BDA0001476803340000324
X0)中电压增益X0是和耦合系数相关的。该无线充电方法可以包括以下步骤:
S401、接收器从第一映射表中查找出第一耦合程度对应第一负载无关点,第一负载无关点包含第一电压增益。
S402、接收器接收发射器发送的指示第一输入电压的信息。
S403、接收器根据第一输入电压和第一电压增益将接收器的输出电压设置为第一输出电压。
S404、发射器以第一电压增益向接收器传输功率。
本申请实施例中,接收器可以预存第一映射表,第一映射表可以包括至少一个耦合程度,以及至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与接收器的输出负载无关。上述的耦合程度可以是耦合系数,也可以是互感,以下以互感为例介绍。
关于第一映射表的描述,可以参考图12描述的实施例,这里不再赘述。
其中,步骤S401和步骤S402的执行顺序不分先后。在步骤S401之前,发射器可以接收接收器发送的指示第一输出电压的信息,根据第一输出电压确定发射器的输入电压为第一输入电压。发射器可以是根据预先保存的第二映射表确定的第一输入电压。该第二映射表包含至少一个输出电压,以及至少一个输出电压中每个输出电压分别对应的发射器的输入电压。在发射器的输入电压为每个输出电压对应的发射器的输入电压时,将无需充电系统调节到负载无关点,接收器的输出电压即为上述的每个输出电压。此时第一输出电压是满足接收器中BMS的期望输出电压的。
在无线充电系统进行充电过程中,如果不同充电阶段接收器中的BMS的期望输出电压不同,则要求发射器中也需要包含电压调节模块,该电压调节模块可以参考图8所描述的实施例中发射器中的电压调节模块106。该电压调节模块用于发射器根据第一输出电压确定发射器的输入电压为第一输入电压之后,将发射器的输入电压调节为第一输入电压。
无线充电系统在负载无关点进行功率传输时,如果接收器发生移动,则耦合系数发生改变,无线充电系统的负载无关点的电压增益和工作频率也发生改变,需要重新确定负载无关点,并将无线充电系统调节到负载无关点,即重复执行步骤S401-S404。
通过耦合程度从第一映射表中查找得到负载无关点,可以通过设置电压增益为负载无关点的电压增益,来将无线充电系统设置工作在负载无关点,使得电压增益与接收器的负载阻抗大小无关,这样无论接收器的输出负载阻抗为何值,发射器向接收器传输功率的工作频率和电压增益均为定值。即接收器的输出负载阻抗不会影响接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益,因此接收器的输出电压恒定,可以减小负载跳变引起的输出电压的跳变,从而可以减少稳压模块的电能损耗,提高接收器的充电效率。无需限定发射器和接收器的电路参数,提高了发射器和接收器的通用性。
在无线充电系统进行充电时,将无线充电系统设置在负载无关点,在负载无关点,接收器的输出电阻的变化不会对传输功率的工作频率产生影响,接收器的输出电阻的变化也不会引起电压增益变化,从而使接收器的输出电压恒定,减小了接收器的输出电阻跳变引起的输出电压跳变,从而可以减小稳压模块消耗的电能,可以提高电能转换效率。
请参阅图14,图14是本申请实施例提供的一种电能转换效率的测试结果。图14显示的电能转换效率的测试曲线是发射器的发射线圈中心与接收器的接收线圈中心正对,即偏位为0时测试结果。电能转换效率可以理解为发射器输出的电能与接收器中用于为负载供电的电能的比值。如图14所示,在任一个负载电流下,无线充电系统工作在负载无关点的电能转换效率都大于偏离负载无关点的电能转换效率。因此,发射器与接收器不存在偏位情况下,设置无线充电系统工作在负载无关点可以提高无线充电系统的电能转换效率。
请参阅图15,图15是本申请实施例提供的另一种电能转换效率的测试结果。图15显示的电能转换效率的测试曲线是发射器的发射线圈中心与接收器的接收线圈中心水平偏离10mm,即偏位为10mm时测试结果。如图15所示,在任一个负载电流下,无线充电系统工作在负载无关点的电能转换效率都大于偏离负载无关点的电能转换效率。因此,发射器与接收器存在偏位情况下,设置无线充电系统工作在负载无关点可以提高无线充电系统的电能转换效率。
无线充电系统工作在负载无关点时,由于电压增益不随接收器的负载变化发生变化,此时无线充电系统等效于变压器,因此,发射器中直流/交流转换模块的输出电压的电位和接收器中的交流/直流转换模块的输入电压的相位相同,并且接收器中的交流/直流转换模块的输入电压的相位和输入电流的相位也相同。如果接收器中的交流/直流转换模块使用整流二极管电路实现,在交流/直流转换模块的输入电压的相位和输入电流的相位相同的情况下,二极管具有零电流关断特性。二极管的零电流关断特性可以降低电磁干扰,提高整流效率。
请参阅图16,图16是本申请实施例提供的一种电压和电流的测试示意图。如图16所示,发射器中直流/交流转换模块的输出电压为V1,发射器中直流/交流转换模块的输出电流为I1,接收器中的交流/直流转换模块的输入电压为V2,接收器中的交流/直流转换模块的输入电流为I2,V1和V2的相位相同,且V2和I2的相位相同,如果接收器的交流/直流转换模块才有二极管电路进行整流,其中的二极管具有零电流关断特性。二极管的零电流关断特性可以降低电磁干扰,提高整流效率。
上述详细阐述了本申请实施例的方法,下面提供了本申请实施例的发射器和接收器。
基于图1的系统架构,图17是本申请实施例提供的一种无线充电系统100的结构示意图。无线充电系统100包括发射器10和接收器20。
如图17所示,发射器10包含发射线圈104和第一串联匹配电容103,所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容串联103以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向接收器20传递功率;所述发射线圈104在向所述接收器20传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容103的电容值为Cp;其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器20中接收线圈201在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器20中第二串联匹配电容202的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射器10还包括:
控制单元108,用于将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000341
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000342
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;
所述控制单元108,还用于控制所述第一振荡电路107以所述第一电压增益向所述接收器20传输功率。
作为一种可能的实现方式,所述k为1,所述X为
Figure BDA0001476803340000343
作为一种可能的实现方式,所述发射器10还包括接收单元109,所述控制单元108将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
所述接收单元109,用于接收所述接收器20发送的指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;
所述控制单元108,还用于根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器10的输入电压设置为第一输入电压。
作为一种可能的实现方式,发射器10可以包括电压调节模块106,控制单元108根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器10的输入电压设置为第一输入电压,包括,控制单元108根据所述第一输出电压和所述第一电压增益控制电压调节模块106将所述发射器10的输入电压设置为第一输入电压。
作为一种可能的实现方式,控制单元108将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述接收单元109,还用于接收所述接收器20发送的指示所述Cs的信息和/或指示所述Ls的信息,所述Cs和所述Ls用于所述发射器10确定所述第一电压增益;和/或,所述接收单元109,用于接收所述接收器20发送的指示所述第一电压增益的信息。
如图17所示,接收器20包含接收线圈201和第二串联匹配电容202,所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路210;所述第二振荡电路210用于接收发射器10传递的功率;所述接收线圈201在接收所述发射器10传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容202的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000353
所述Lp是所述发射器10中发射线圈104在向接收器20传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器10中第一串联匹配电容103的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容103串联以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向所述第二振荡电路210传递功率;
所述接收器20还包括发送单元211和控制单元212,其中:
所述发送单元211,用于向所述发射器10发送指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器20的期望输出电压;所述第一输出电压用于所述发射器10根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器10的输入电压设置为第一输入电压;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000351
的正数,或者,所述X为满足的正数;在所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统100工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;
所述控制单元212,用于控制所述第二振荡电路210接收所述发射器10以所述第一电压增益传输的功率。
本申请实施例中,发射器10还可以包括:直流电源101和直流/交流转换模块102。接收器20可以包括:交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206和电池管理系统208。以上各个模块的具体描述可以参考图1和图8所描述的无线充电系统架构,这里不再赘述。
本申请实施例中,控制单元108可以是图8所描述的实施例中控制模块105实现的,控制单元211可以是图8所描述的实施例中控制模块207实现的,控制单元108还可以具有控制模块105的其他功能,具体可参考图8所描述的实施例,控制单元211还可以具有控制模块207的其他功能,具体可参考图8所描述的实施例。控制单元108、接收单元109、控制单元211和发送单元212的功能可以对应参照图9所示的无线充电方法实施例的相应描述,这里不再赘述。
基于图17所描述的无线充电系统100,在另外一种可能的实施例中,控制单元108,用于从第一映射表中查找出第一耦合程度对应第一负载无关点;或者,
接收单元,用于接收所述接收器发送的指示所述第一负载无关点的信息,所述第一负载无关点是所述接收器从第一映射表中查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点;
其中,所述第一负载无关点包含所述第一电压增益,所述第一耦合程度是所述发射器中的线圈和所述接收器中的线圈的耦合程度;所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
控制单元108,还用于将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
控制单元108,用于控制第一振荡电路107以所述第一电压增益向所述接收器传输功率。
作为一种可能的实现方式,作为一种可能的实现方式,控制单元108将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
接收单元109,用于接收所述接收器20发送的指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;所述发射器10根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压。
作为一种可能的实现方式,控制单元108将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,接收单元109,还用于接收所述接收器20发送的指示所述Cs的信息和/或指示所述Ls的信息,所述Cs和所述Ls用于所述发射器10确定所述第一电压增益;和/或,所述发射器10接收所述接收器20发送的指示所述第一电压增益的信息。
接收器20中,发送单元212,用于向发射器10发送指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器20的期望输出电压;所述第一输出电压用于所述发射器10根据所述第一输出电压和第一电压增益将所述发射器10的输入电压设置为第一输入电压;所述第一电压增益包含在所述发射器10从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;或者,所述第一电压增益包含在所述接收器20从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;所述第一负载无关点是所述接收器20携带在指示所述第一负载无关点的信息中发送给所述发射器10的;
其中,所述第一耦合程度是所述发射器20中的发射线圈104和所述接收器20中的接收线圈201的耦合程度,所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
控制单元211,用于控制第二振荡电路接收所述发射器10以所述第一电压增益传输的功率。
本申请实施例中,控制单元108可以是图8所描述的实施例中控制模块105实现的,控制单元211可以是图8所描述的实施例中控制模块207实现的,控制单元108还可以是图19所描述的实施例中的控制器30,控制单元211还可以是图19所描述的实施例中的控制器40,控制单元108还可以具有控制模块105的其他功能,具体可参考图8所描述的实施例,控制单元211还可以具有控制模块207的其他功能,具体可参考图8所描述的实施例。控制单元108、接收单元109、控制单元211和发送单元212的功能可以对应参照图12所示的无线充电方法实施例的相应描述,这里不再赘述。
基于图1的系统架构,图18是本申请实施例提供的另一种无线充电系统100的结构示意图。无线充电系统100包括发射器10和接收器20。
如图18所示,发射器10包含发射线圈104和第一串联匹配电容103,所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容串联103以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向接收器20传递功率;所述发射线圈104在向所述接收器20传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容103的电容值为Cp;其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器20中接收线圈201在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器20中第二串联匹配电容202的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射器10还包括:
所述发送单元108,用于向所述接收器20发送指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器10的输入电压;所述第一输入电压用于所述接收器根据所述第一输入电压和所述第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000371
的正数,或者,所述X为满足的正数;在所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统100工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器20的输出负载无关;
所述控制单元109,用于控制所述第一振荡电路107以所述第一电压增益向所述接收器20传输的功率。
如图18所示,接收器20包含接收线圈201和第二串联匹配电容202,所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路210;所述第二振荡电路210用于接收发射器10传递的功率;所述接收线圈201在接收所述发射器10传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容202的电容值为Cs;其中,所述Lp是所述发射器10中发射线圈104在向接收器20传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器10中第一串联匹配电容103的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容103串联以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向所述第二振荡电路210传递功率;
所述接收器20还包括控制单元211,其中:
所述控制单元211,用于将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000382
的正数,或者,所述X为满足
Figure BDA0001476803340000383
的正数;在所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统100工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器20的输出负载无关;
所述控制单元211,还用于控制所述第二振荡电路210接收所述发射器10以所述第一电压增益传输的功率。
作为一种可能的实现方式,所述k为1,所述X为
Figure BDA0001476803340000385
作为一种可能的实现方式,所述接收器20还包括接收单元212,所述控制单元211将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
所述接收单元212,用于接收所述发射器10发送的指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器10的输入电压;
所述控制单元211,还用于根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器20的输出电压设置为第一输出电压。
作为一种可能的实现方式,接收器10可以包括电压调节模块209,控制单元211根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器20的输出电压设置为第一输出电压,包括,控制单元211根据所述第一输出电压和所述第一电压增益控制电压调节模块209将所述接收器10的输出电压设置为第一输出电压。
作为一种可能的实现方式,所述控制单元211将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述接收单元212,还用于接收所述发射器10发送的指示所述Cp的信息和/或指示所述Lp的信息,所述Cp和所述Lp用于所述接收器20确定所述第一电压增益;和/或,所述接收单元212,还用于接收所述发射器10发送的指示所述第一电压增益的信息。
本申请实施例中,发射器10还可以包括:直流电源101和直流/交流转换模块102。接收器20还可以包括:交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206和电池管理系统208。以上各个模块的具体描述可以参考图1和图8所描述的无线充电系统架构,这里不再赘述。
本申请实施例中,控制单元109可以是图10所描述的实施例中控制模块105实现的,控制单元211也可以是图10所描述的实施例中控制模块207实现的,控制单元109还可以是图20所描述的实施例中的控制器30,控制单元211还可以是图20所描述的实施例中的控制器40,控制单元109还可以具有控制模块105的其他功能,具体可参考图10所描述的实施例,控制单元211还可以具有控制模块207的其他功能,具体可参考图10所描述的实施例。控制单元109、发送单元108、控制单元211和接收单元212的功能可以对应参照图11所示的无线充电方法实施例的相应描述,这里不再赘述。
基于图18所描述的无线充电系统100,在另外一种可能的实施例中,发射单元108,用于向接收器20发送指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器10的输出电压;所述第一输入电压用于所述接收器20根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器20的输出电压设置为第一输出电压;所述第一电压增益包含在所述发射器10从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;或者,所述第一电压增益包含在所述接收器20从第一映射表查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点中;所述第一负载无关点是所述接收器携带在指示所述第一负载无关点的信息中发送给所述发射器10的;
其中,所述第一耦合程度是所述发射器10中的发射线圈104和所述接收器20中的接收线圈201的耦合程度,所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
控制单元109,用于控制第一振荡电路107以所述第一电压增益向所述接收器20传输的功率。
接收器20中,控制单元211,用于从第一映射表中查找出第一耦合程度对应第一负载无关点;
或者,
接收单元212,用于接收所述发射器10发送的指示所述第一负载无关点的信息,所述第一负载无关点是所述发射器10从第一映射表中查找出的第一耦合程度对应第一负载无关点;
其中,所述第一负载无关点包含所述第一电压增益,所述第一耦合程度是所述发射器20中的发射线圈104和所述接收器20中的接收线圈201的耦合程度;所述第一映射表包括至少一个耦合程度,以及所述至少一个耦合程度各自对应的负载无关点,所述负载无关点为电压增益和工作频率的构成组合;在每一个耦合程度对应的负载无关点中的工作频率上,所述耦合程度对应的负载无关点中的电压增益与所述接收器的输出负载无关;
控制单元211,还用于将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
控制单元211,还用于控制第二振荡电路210接收所述发射器10以所述第一电压增益传输的功率。
作为一种可能的实现方式,控制单元211将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
接收单元212,还用于接收所述发射器10发送的指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器10的输入电压;
控制单元211,还用于根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压。
作为一种可能的实现方式,控制单元211将所述接收器20的输出电压与所述发射器10的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,接收单元212,还用于接收所述发射器10发送的指示所述Cp的信息和/或指示所述Lp的信息,所述Cp和所述Lp用于所述接收器20确定所述第一电压增益;和/或,所述接收器20接收所述发射器10发送的指示所述第一电压增益的信息。
本申请实施例中,控制单元109可以是图10所描述的实施例中控制模块105实现的,控制单元211可以是图10所描述的实施例中控制模块207实现的,控制单元108还可以具有控制模块105的其他功能,具体可参考图10所描述的实施例,控制单元211还可以具有控制模块207的其他功能,具体可参考图10所描述的实施例。控制单元108、接收单元109、控制单元211和发送单元212的功能可以对应参照图13所示的无线充电方法实施例的相应描述,这里不再赘述。
基于图1的系统架构,图19是本申请实施例提供的又一种无线充电系统100的结构示意图。无线充电系统100包括发射器10和接收器20。
如图19所示,发射器10包含发射线圈104和第一串联匹配电容103,所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容串联103以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向接收器20传递功率;所述发射线圈104在向所述接收器20传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容103的电容值为Cp;其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器20中接收线圈201在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器20中第二串联匹配电容202的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;发射器10还包括电压调节模块106用于调节发射器10的输入电压。所述发射器10还包括控制器30,控制器30包括:
一个或多个处理器301、存储器302和通信接口303,这些部件可通过总线304或者其他方式连接,图19以通过总线连接为例。其中:
通信接口303可用于发射器10与其他通信设备,例如接收器20,进行通信。具体的,所述发射器10和接收器20可以是图8或者图17所示的发射器10和接收器20。具体的,通信接口303可以是无线充电系统中带内通信通信接口,带内通信的具体描述可参考图1所描述的实施例。
通信接口303也可以是带外通信(out-band)接口,例如蓝牙通信接口、Zigbee通信接口、WiFi通信接口等,也可以扩展为其他通信接口,本申请实施例对此不作限定。
存储器302与处理器301耦合,用于存储各种软件程序和/或多组指令。存储器302还可以存储数据传输程序,该数据传输程序可用于与一个或多个附加设备,一个或多个发射器,一个或多个接收器进行通信。
在本申请的一些实施例中,存储器302可用于存储本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在发射器10侧的实现程序。关于本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法的实现,请参考图9和图12所描述的实施例。
处理器301可用于读取和执行计算机可读指令。具体的,处理器301可用于调用存储于存储器302中的程序,例如本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在发射器10侧的实现程序,并执行该程序包含的指令。
需要说明的,图19所示的发射器10仅仅是本申请实施例的一种实现方式,实际应用中,发射器10还可以包括更多或更少的部件,这里不作限制。
如图19所示,接收器20包含接收线圈201和第二串联匹配电容202,所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路210;所述第二振荡电路210用于接收发射器10传递的功率;所述接收线圈201在接收所述发射器10传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容202的电容值为Cs;其中,所述Lp是所述发射器10中发射线圈104在向接收器20传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器10中第一串联匹配电容103的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容103串联以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向所述第二振荡电路210传递功率;
所述接收器20还包括控制器40,控制器40包括:
一个或多个处理器401、存储器402和通信接口403,这些部件可通过总线404或者其他方式连接,图19以通过总线连接为例。其中:
通信接口403可用于接收器20与其他通信设备,例如发射器10,进行通信。具体的,所述发射器10和接收器20可以是图8或者图17所示的发射器10和接收器20。具体的,通信接口403可以是无线充电系统中带内通信通信接口,带内通信的具体描述可参考图1所描述的实施例。
通信接口303也可以是带外通信(out-band)接口,例如蓝牙通信接口、Zigbee通信接口、WiFi通信接口等,也可以扩展为其他通信接口,本申请实施例对此不作限定。
存储器402与处理器401耦合,用于存储各种软件程序和/或多组指令。存储器402还可以存储数据传输程序,该数据传输程序可用于与一个或多个附加设备,一个或多个发射器,一个或多个接收器进行通信。在本申请的一些实施例中,存储器402可用于存储本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在接收器20侧的实现程序。关于本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法的实现,请参考图9和图12所描述的实施例。
处理器401可用于读取和执行计算机可读指令。具体的,处理器401可用于调用存储于存储器402中的程序,例如本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在接收器20侧的实现程序,并执行该程序包含的指令。
需要说明的,图19所示的接收器20仅仅是本申请实施例的一种实现方式,实际应用中,接收器20还可以包括更多或更少的部件,这里不作限制。
接收器20可以是手机、平板电脑、带无线收发功能的电脑、虚拟现实终端设备、增强现实终端设备,接收器20还可以是无线充电电动汽车、白色家电,例如无尾电视、无线充电豆浆机、带无线充电的扫地机器人和多旋翼无人机等等。
基于图1的系统架构,图20是本申请实施例提供的再一种无线充电系统100的结构示意图。无线充电系统100包括发射器10和接收器20。
如图20所示,发射器10包含发射线圈104和第一串联匹配电容103,所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容串联103以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向接收器20传递功率;所述发射线圈104在向所述接收器20传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容103的电容值为Cp;其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器20中接收线圈201在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器20中第二串联匹配电容202的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射器10还包括控制器50,控制器50包括:
一个或多个处理器501、存储器502和通信接口503,这些部件可通过总线504或者其他方式连接,图20以通过总线连接为例。其中:
通信接口503可用于发射器10与其他通信设备,例如接收器20,进行通信。具体的,所述发射器10和接收器20可以是图10或者图18所示的发射器10和接收器20。具体的,通信接口503可以是无线充电系统中带内通信通信接口,带内通信的具体描述可参考图1所描述的实施例。
通信接口303也可以是带外通信(out-band)接口,例如蓝牙通信接口、Zigbee通信接口、WiFi通信接口等,也可以扩展为其他通信接口,本申请实施例对此不作限定。
存储器502与处理器501耦合,用于存储各种软件程序和/或多组指令。存储器502还可以存储数据传输程序,该数据传输程序可用于与一个或多个附加设备,一个或多个发射器,一个或多个接收器进行通信。
在本申请的一些实施例中,存储器502可用于存储本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在发射器10侧的实现程序。关于本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法的实现,请参考图11和图13所描述的实施例。
处理器501可用于读取和执行计算机可读指令。具体的,处理器501可用于调用存储于存储器502中的程序,例如本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在发射器10侧的实现程序,并执行该程序包含的指令。
需要说明的,图20所示的发射器10仅仅是本申请实施例的一种实现方式,实际应用中,发射器10还可以包括更多或更少的部件,这里不作限制。
本申请实施例中,发射器10还可以包括:直流电源101和直流/交流转换模块102。接收器20可以包括:交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206和电池管理系统208。以上各个模块的具体描述可以参考图1和图8所描述的无线充电系统架构,这里不再赘述。
如图20所示,接收器20包含接收线圈201和第二串联匹配电容202,所述接收线圈201和所述第二串联匹配电容202串联以构成第二振荡电路210;所述第二振荡电路210用于接收发射器10传递的功率;所述接收线圈201在接收所述发射器10传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容202的电容值为Cs;其中,
Figure BDA0001476803340000431
所述Lp是所述发射器10中发射线圈104在向接收器20传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器10中第一串联匹配电容103的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈104和所述第一串联匹配电容103串联以构成第一振荡电路107;所述第一振荡电路107用于向所述第二振荡电路210传递功率;接收器20还包括电压调节模块209用于调节接收器20的输出电压。
所述接收器20还包括控制器60,控制器60包括:
一个或多个处理器601、存储器602和通信接口603,这些部件可通过总线604或者其他方式连接,图20以通过总线连接为例。其中:
通信接口603可用于接收器20与其他通信设备,例如发射器10,进行通信。具体的,所述发射器10和接收器20可以是图10或者图18所示的发射器10和接收器20。具体的,通信接口603可以是无线充电系统中带内通信通信接口,带内通信的具体描述可参考图1所描述的实施例。
通信接口603也可以是带外通信(out-band)接口,例如蓝牙通信接口、Zigbee通信接口、WiFi通信接口等,也可以扩展为其他通信接口,本申请实施例对此不作限定。
存储器602与处理器601耦合,用于存储各种软件程序和/或多组指令。存储器602还可以存储数据传输程序,该数据传输程序可用于与一个或多个附加设备,一个或多个发射器,一个或多个接收器进行通信。
在本申请的一些实施例中,存储器602可用于存储本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在接收器20侧的实现程序。关于本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法的实现,请参考图11和图13所描述的实施例。
处理器601可用于读取和执行计算机可读指令。具体的,处理器601可用于调用存储于存储器602中的程序,例如本申请的一个或多个实施例提供的无线充电方法在接收器20侧的实现程序,并执行该程序包含的指令。
需要说明的,图20所示的接收器20仅仅是本申请实施例的一种实现方式,实际应用中,接收器20还可以包括更多或更少的部件,这里不作限制。
本申请实施例中,发射器10还可以包括:直流电源101和直流/交流转换模块102。接收器20可以包括:交流/直流转换模块203、稳压模块204、负载输出205、调制模块206和电池管理系统208。以上各个模块的具体描述可以参考图1和图8所描述的无线充电系统架构,这里不再赘述。
可以理解的是,当本申请的实施例应用于发射器芯片时,该发射器芯片实现上述方法实施例中发射器的功能。该发射器芯片向发射器中的其它模块(如射频模块或天线)发送信息,这些信息经由发射器的其它模块发送给接收器;或者,该发射器芯片也可以从该发射器设备中的其它模块(例如射频模块或天线)接收信息,这些信息是接收器设备发送给该发射器设备的。
可以理解的是,当本申请的实施例应用于接收器芯片时,该接收器芯片实现上述方法实施例中接收器的功能。该接收器芯片向接收器中的其它模块(如射频模块或天线)发送信息,这些信息经由接收器的其它模块发送给接收器;或者,该接收器芯片也可以从该接收器设备中的其它模块(例如射频模块或天线)接收信息,这些信息是接收器设备发送给该发射器设备的。
可以理解的是,在本申请中,不同实施例之间的技术术语、技术方案可以依据其内在的逻辑相互参考、相互引用,本申请并不对技术术语和技术方案所适用的实施例进行限定。对不同实施例中的技术方案相互组合,还可以形成新的实施例。
可以理解的是,本申请的实施例中的处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件,硬件部件或者其任意组合。通用处理器可以是微处理器,也可以是任何常规的处理器。
本申请的实施例中的方法步骤可以通过硬件的方式来实现,也可以由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成,软件模块可以被存放于随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、闪存、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM,PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM,EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM,EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器,从而使处理器能够从该存储介质读取信息,且可向该存储介质写入信息。当然,存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外,该ASIC可以位于发送设备或接收设备中。当然,处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于发送设备或接收设备中。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如,固态硬盘(Solid State Disk,SSD))等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成,该程序可存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括:ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

Claims (33)

1.一种无线充电系统,其特征在于,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;
所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure FDA0002188468900000011
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;
在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为第一电压增益X时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感。
2.根据权利要求1所述的无线充电系统,其特征在于,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000013
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000014
的正数。
3.根据权利要求2所述的无线充电系统,其特征在于,所述k为1,所述X为
Figure FDA0002188468900000015
Figure FDA0002188468900000016
4.根据权利要求1至3任一项所述的无线充电系统,其特征在于,所述发射器还包括第一电压调节模块,所述第一电压调节模块与所述第一振荡电路并联;
所述第一电压调节模块,用于通过调节所述发射器的输入电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益。
5.根据权利要求1至3任一项所述的无线充电系统,其特征在于,所述接收器还包括第二电压调节模块,所述第二电压调节模块与所述第二振荡电路并联;
所述第二电压调节模块,用于通过调节所述接收器的输出电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为所述第一电压增益。
6.一种发射器,其特征在于,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向接收器传递功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp
其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器中接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器中第二串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;
在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为第一电压增益X时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000021
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感。
7.根据权利要求6所述的发射器,其特征在于,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000022
的正数,或者,所述X为满足的正数。
8.根据权利要求7所述的发射器,其特征在于,所述k为1,所述X为
Figure FDA0002188468900000024
9.根据权利要求6至8任一项所述的发射器,其特征在于,所述发射器还包括电压调节模块,所述电压调节模块与所述第一振荡电路并联;
所述电压调节模块,用于通过调节所述发射器的输入电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为所述第一电压增益。
10.一种接收器,其特征在于,所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收发射器传递的功率;所述接收线圈在接收所述发射器传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs
其中,
Figure FDA0002188468900000031
所述Lp是所述发射器中发射线圈在向接收器传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器中第一串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向所述第二振荡电路传递功率;
在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为第一电压增益X时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感。
11.根据权利要求10所述的接收器,其特征在于,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000033
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000034
的正数。
12.根据权利要求11所述的接收器,其特征在于,所述k为1,所述X为
Figure FDA0002188468900000035
Figure FDA0002188468900000036
13.根据权利要求10至12任一项所述的接收器,其特征在于,所述接收器还包括电压调节模块,所述电压调节模块与所述第二振荡电路并联;
所述电压调节模块,用于通过调节所述接收器的输出电压来将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为所述第一电压增益。
14.一种基于无线充电系统的充电方法,其特征在于,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure FDA0002188468900000041
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:
所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000042
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000043
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000044
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述发射器以所述第一电压增益向所述接收器传输功率。
15.根据权利要求14所述方法,其特征在于,所述k为1,所述X为
Figure FDA0002188468900000045
Figure FDA0002188468900000046
16.根据权利要求14或15所述的方法,其特征在于,所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
所述发射器接收所述接收器发送的指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;
所述发射器根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压。
17.根据权利要求14或15所述的方法,其特征在于,所述发射器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述方法还包括:
所述发射器接收所述接收器发送的指示所述Cs的信息和/或指示所述Ls的信息,所述Cs和所述Ls用于所述发射器确定所述第一电压增益;
和/或,
所述发射器接收所述接收器发送的指示所述第一电压增益的信息。
18.一种基于无线充电系统的充电方法,其特征在于,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure FDA0002188468900000051
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:
所述接收器向所述发射器发送指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;所述第一输出电压用于所述发射器根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000052
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000053
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000061
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述接收器接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。
19.一种基于无线充电系统的充电方法,其特征在于,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure FDA0002188468900000062
所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:
所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000063
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000064
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述接收器接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。
20.根据权利要求19所述方法,其特征在于,所述k为1,所述X为
Figure FDA0002188468900000071
Figure FDA0002188468900000072
21.根据权利要求19或20所述的方法,其特征在于,所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
所述接收器接收所述发射器发送的指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输入电压;
所述接收器根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压。
22.根据权利要求19或20所述的方法,其特征在于,所述接收器将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述方法还包括:
所述接收器接收所述发射器发送的指示所述Cp的信息和/或指示所述Lp的信息,所述Cp和所述Lp用于所述接收器确定所述第一电压增益;
和/或,所述接收器接收所述发射器发送的指示所述第一电压增益的信息。
23.一种基于无线充电系统的充电方法,其特征在于,所述无线充电系统包括发射器和接收器,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路,所述第一振荡电路用于向所述接收器传递功率;所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;所述接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,所述k为满足0.8≤k≤1.2的正数;所述方法包括:
所述发射器向所述接收器发送指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输入电压;所述第一输入电压用于所述接收器根据所述第一输入电压和所述第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000074
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000075
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000081
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述发射器以所述第一电压增益向所述接收器传输的功率。
24.一种发射器,其特征在于,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向接收器传递功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器中接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器中第二串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射器还包括:
控制单元,用于将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000082
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000083
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000084
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述控制单元,还用于控制所述第一振荡电路以所述第一电压增益向所述接收器传输功率。
25.根据权利要求24所述的发射器,其特征在于,所述k为1,所述X为
Figure FDA0002188468900000092
26.根据权利要求24或25所述的发射器,其特征在于,所述发射器还包括接收单元,所述控制单元将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
所述接收单元,用于接收所述接收器发送的指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;
所述控制单元,还用于根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压。
27.根据权利要求24或25所述的发射器,其特征在于,所述控制单元将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述接收单元,还用于接收所述接收器发送的指示所述Cs的信息和/或指示所述Ls的信息,所述Cs和所述Ls用于所述发射器确定所述第一电压增益;和/或,所述接收单元,用于接收所述接收器发送的指示所述第一电压增益的信息。
28.一种接收器,其特征在于,所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收发射器传递的功率;所述接收线圈在接收所述发射器传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure FDA0002188468900000093
所述Lp是所述发射器中发射线圈在向接收器传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器中第一串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向所述第二振荡电路传递功率;
所述接收器还包括发送单元和控制单元,其中:
所述发送单元,用于向所述发射器发送指示第一输出电压的信息,所述第一输出电压是所述接收器的期望输出电压;所述第一输出电压用于所述发射器根据所述第一输出电压和所述第一电压增益将所述发射器的输入电压设置为第一输入电压;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000094
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000095
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000101
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述控制单元,用于控制所述第二振荡电路接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。
29.一种接收器,其特征在于,所述接收器包含接收线圈和第二串联匹配电容,所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收发射器传递的功率;所述接收线圈在接收所述发射器传输的功率时的自感值为Ls,所述第二串联匹配电容的电容值为Cs;其中,
Figure FDA0002188468900000102
所述Lp是所述发射器中发射线圈在向接收器传递功率时的自感值,所述Cp是所述发射器中第一串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向所述第二振荡电路传递功率;
所述接收器还包括控制单元,其中:
所述控制单元,用于将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000103
的正数,或者,所述X为满足的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000111
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述控制单元,还用于控制所述第二振荡电路接收所述发射器以所述第一电压增益传输的功率。
30.根据权利要求29所述接收器,其特征在于,所述k为1,所述X为
31.根据权利要求29或30所述的接收器,其特征在于,所述接收器还包括接收单元,所述控制单元将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益,包括:
所述接收单元,用于接收所述发射器发送的指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输入电压;
所述控制单元,还用于根据所述第一输入电压和第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压。
32.根据权利要求29或30所述的接收器,其特征在于,所述控制单元将所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益设置为第一电压增益之前,所述接收单元,还用于接收所述发射器发送的指示所述Cp的信息和/或指示所述Lp的信息,所述Cp和所述Lp用于所述接收器确定所述第一电压增益;和/或,所述接收单元,还用于接收所述发射器发送的指示所述第一电压增益的信息。
33.一种发射器,其特征在于,所述发射器包含发射线圈和第一串联匹配电容,所述发射线圈和所述第一串联匹配电容串联以构成第一振荡电路;所述第一振荡电路用于向接收器传递功率;所述发射线圈在向所述接收器传递功率时的自感值为Lp,所述第一串联匹配电容的电容值为Cp;其中,Lp*Cp=k*Ls*Cs;所述Ls是所述接收器中接收线圈在接收所述第一振荡电路传输的功率时的自感值,所述Cs是所述接收器中第二串联匹配电容的电容值,所述k是满足0.8≤k≤1.2的正数;所述接收线圈和所述第二串联匹配电容串联以构成第二振荡电路;所述第二振荡电路用于接收所述第一振荡电路传递的功率;所述发射器还包括控制单元和发送单元,其中:
所述发送单元,用于向所述接收器发送指示第一输入电压的信息,所述第一输入电压是所述发射器的输入电压;所述第一输入电压用于所述接收器根据所述第一输入电压和所述第一电压增益将所述接收器的输出电压设置为第一输出电压;
其中,所述第一电压增益为X,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000121
的正数,或者,所述X为满足
Figure FDA0002188468900000122
的正数;在所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为所述第一电压增益时,所述无线充电系统工作在负载无关点;所述负载无关点由第一工作频率和所述第一电压增益组成;在所述第一工作频率上,所述第一电压增益与所述接收器的输出负载无关;其中:所述接收器的输出电压与所述发射器的输入电压之间的电压增益为
Figure FDA0002188468900000123
Lp*Cp-Ls*Cs=Const,Lm为所述发射器和所述接收器等效的变压器的原边励磁电感;
所述控制单元,用于控制所述第一振荡电路以所述第一电压增益向所述接收器传输的功率。
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