CN107959358A - 一种无线充电装置的控制方法及无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电装置的控制方法及无线充电装置，通过设置阈值电压为随着负载自适应变化的值，这样电能接收端整流电路输出端的直流电压为随着负载自适应变化的值，可保证电能接收端耦合到的感生电压为恒定值。这样无论当前是否有电能接收端充电完成，其余的电能接收端仍能获得充足的空间磁场，可以正常为多个电能接收端提供充电能量。

Description

一种无线充电装置的控制方法及无线充电装置

技术领域

本发明涉及无线技术领域，更具体地说，涉及一种无线充电装置的控制方法及无线充电装置。

背景技术

磁共振式无线充电装置包括电能发射端和电能接收端，如图1所示，电能发射端包括DC-DC变换器、DC-AC逆变器、原边谐振电容Cs、原边发射线圈Ls和MCU控制器1；电能接收端包括整流电路、DC-DC变换器、副边谐振电容Cd、副边接收线圈Ld和MCU控制器2，MCU控制器1和MCU控制器2通过无线通讯协议例如BLE蓝牙协议建立通讯连接。电能发射端将输入端的电能转化为空间磁场以传输给电能接收端。

当电能接收端放置于电能发射端的有效充电区域内时，电能发射端通过检测电能发射线圈的阻抗变化或者电能发射端的输入功率的增加来识别电能接收端。电能发射端识别对应的电能接收端后，MCU控制器1和MCU控制器2通过蓝牙通讯协议建立连接，MCU控制器1命令MCU控制器2使能输出输出电压Vout和输出电流Iout，给电子设备供电。同时在供电过程中，MCU控制器2实时地通过BLE蓝牙通讯反馈电压、电流、功率等信息给MCU控制器1，从而进入正常工作状态中。

在正常工作过程中，通常是控制电能接收端整流后的直流电压Vrect恒定，当直流电压Vrect低于阈值电压Vth时，表示电能接收端耦合到的磁场过低，电能发射端通过提高DC-DC变换器的输出电压Vbus，来增加电能发射线圈的磁场；相对地，当直流电压Vrect高于阈值电压Vth时，表示电能接收端耦合到的磁场过强，电能发射端通过降低DC-DC变换器的输出电压Vbus，来减弱电能发射线圈的磁场。

但是，单纯地控制直流电压Vrect等于阈值电压Vth并不能准确地表征有效充电区域内的磁场。电能接收端输出往往是给电子设备中的电池充电，电池在充电过程中，先后会经历恒流充电、恒压充电等阶段。当电池快充满时，电池工作在恒压充电阶段，电池所需的充电功率大幅度下降。图2所示为电能接收端的等效电路看，从等效电路来看，随着电池电量的增加，在恒压充电阶段，接收端整流桥输出侧的等效电阻Req相应地增加，这样直流电压Vrect也会相应地增加。如果控制直流电压Vrect等于阈值电压Vth，则随着充电的进行，电能发射端会控制周围的磁场相应地减弱。如果此时有另一个电能接收端进入有效充电区域，由于发射线圈磁场减弱，将不能正常给该电能接收端的电子设备充电。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了无线充电装置的控制方法及无线充电装置，通过控制电能接收端整流电路输出端的直流电压为随着负载自适应变化的值，可保证电能接收端耦合到的感生电压为恒定值，可以正常为多个电能接收端提供充电电能。

依据本发明的一种无线充电装置的控制方法，所述无线充电装置包括电能发射端和N个电能接收端，其中，N≥1，所述控制方法包括以下步骤：

计算每一个电能接收端的负载等效电阻以获得负载等效电阻的大小；

根据所述每一个电能接收端的负载等效电阻和预定电压值获得对应的电能接收端的阈值电压，其中，所述预定电压值为所述N个电能接收端的感生电压值；

根据所述每一个电能接收端的阈值电压控制对应电能接收端的所述直流电压信号，以使得所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致。

优选地，采样每一个电能接收端中整流电路输出端的电压信号和电流信号，获得直流电压信号和整流电流信号；

根据所述直流电压信号和整流电流信号计算每一个电能接收端的负载等效电阻。

优选地，采样每一个电能接收端中整流电路输出端的电压信号以获得直流电压信号；

采样每一个电能接收端中DC-DC变换器的输出电压和输出电流以获得输出功率；

根据所述直流电压信号和所述输出功率计算每一个电能接收端的负载等效电阻。

优选地，根据所述负载等效电阻和预定电压值获得所述电能接收端的阈值电压具体步骤包括：

所述预定电压值为预先设置的固定值，所述阈值电压随着负载等效电阻的不同而不同。

优选地，控制所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致的具体步骤包括：

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则所述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。

依据本发明的一种无线充电装置，所述无线充电装置包括电能发射端和N个电能接收端，其中，N≥1，每一个电能接收端包括一控制电路；

每一个所述控制电路包括等效电阻计算单元、阈值电压调节单元，

所述等效电阻计算单元采样对应电能接收端中整流电路输出端的电压信号，获得直流电压信号，并根据所述直流电压信号计算该电能接收端的负载等效电阻；

所述阈值电压调节单元根据所述负载等效电阻和预定电压值获得对应的电能接收端的阈值电压，其中，所述预定电压值为所述N个电能接收端的感生电压值；

所述电能发射端根据该电能接收端的阈值电压控制所述直流电压信号的大小，以使得所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致。

优选地，所述等效电阻计算单元根据所述直流电压信号和所述整流电路输出端的整流电流信号或者是根据所述直流电压信号和所述电能接收端的输出功率计算获得所述负载等效电阻。

优选地，所述预定电压值为预先设置的固定值，所述阈值电压随着负载等效电阻的不同而不同。

进一步地，所述控制电路还包括直流电压控制单元，

所述直流电压控制单元将所述直流电压信号与所述阈值电压进行差值运算，并将运算结果传输至所述电能发射端，

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。

进一步地，所述电能发射端包括一直流电压控制单元，

所述直流电压控制单元接收电能接收端的所述直流电压信号与所述阈值电压，并将两者进行差值运算，

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则所述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。

综上所述，依据本发明的无线充电装置的控制方法及无线充电装置，通过设置阈值电压为随着负载自适应变化的值，这样电能接收端中整流电路输出端的直流电压为随着负载自适应变化的值，可保证电能接收端耦合到的感生电压为恒定值，即电能发射端的发射磁场为恒定。这样当一个电能接收端充电完成，其余多个电能接收端仍能获得充足的空间磁场，可以正常为多个电能接收端提供充电能量。

附图说明

图1所示为现有技术中的无线充电装置的电路图；

图2所示为图1中电能接收端的等效电路图；

图3所示为依据本发明的无线充电装置的电路图；

图4所示为依据本发明的电能接收端中的控制电路的第一种实现方式；

图5所示为依据本发明的电能接收端中的控制电路的第二种实现方式；

图6所示为图3所示电路的电能接收端的等效电路图；

图7所示为依据图4所示控制电路的电压曲线图；

图8所示为依据本发明的无线充电装置的控制方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明的一些优选实施例，但本发明不限于此。

参考图3所示为依据本发明的无线充电装置的电路图，本发明中的无线充电装置包括一个电能发射端和N个电能接收端，N≥1，图3中的电能发射端与图1中相同,在此不再赘述，图3中电能接收端的整流电路之后的电路采用负载等效电阻Req表征。

正如在背景技术中所述，当有N个电能接收端在电能发射线圈有效充电区域内，每一个电能接收端所带被充电设备的电池状态会不相同，相应地在整流电路输出侧的等效电阻Req也不同，这样每一个整流电路输出端的直流电压Vrect不同。如果第一组电能接收端的电子设备电池已经充满，此时直流电压Vrect1偏高，如果电能发射端根据直流电压Vrect1来调节发射线圈磁场，磁场就会相应地降低，此时如果第二组电能接收端的电子设备电池和第三组电能接收端的电子设备电池刚开始充电，发射线圈磁场降低后，则第二组的直流电压Vrect2和第三组的直流电压Vrect3偏低，将不能正常工作。由此，本申请发明人提出了一种直流电压Vrect是随着对应的负载等效电阻变化的方案，可以保证发射线圈周围的磁场强度不变，为多个电能接收端的电子设备提供充足的充电电能。

如图4所示为依据本发明的控制电路的第一种实现方式，在本发明中，所述控制电路为电能接收端中MCU控制器2中的电路，图4中以一个控制电路为例，在每一个电路接收端电路结构均相同。本实施例中，每一个控制电路包括等效电阻计算单元、阈值电压调节单元、直流电压控制单元。

具体地，所述等效电阻计算单元采样对应电能接收端中整流电路输出端的电压信号和电流信号，获得直流电压信号Vrect和整流电流信号Irect，并根据所述直流电压信号和整流电流信号获得该电能接收端的负载等效电阻Req。这里，述等效电阻计算单元通过将所述直流电压信号Vrect与所述整流电流信号Irect进行商运算以获得所述负载等效电阻Req。具体计算如公式(1)

R_eq＝ (1)

需要补充的是，等效电阻计算单元还可以通过直流电压信号Vrect和输出功率Pout计算获得负载等效电阻Req，所述等效电阻计算单元采样电能接收端中DC-DC变换器的输出电压和输出电流获得输出功率Pout，将所述直流电压信号的平方和所述输出功率进行商运算获得每一个电能接收端的负载等效电阻。如

R_eq＝。由于DC-DC变换器的输出值是稳定直流，输出电压和输出电流更容易准确采样，因此通过这种方式计算的负载等效电阻会更准确。

进一步地，所述阈值电压调节单元根据该电能接收端的负载等效电阻Req和预定电压值Vs获得对应的电能接收端的阈值电压Vth，其中，所述预定电压值Vs为所述N个电能接收端的感生电压值，为预先设置的固定值；这里，所述阈值电压是通过公式计算获得，具体计算如公式(2)

其中，Vs为所述预定电压值，Rr为电能接收端中接收线圈和整流电路的等效电阻，Req为负载等效电阻。Rr的电路示意图见图6中的电能接收端的等效电路图。从公式(2)中可以看出，阈值电压Vth是随着负载等效电阻的不同而不相同的。

为方便电路的设计，上述阈值电压还可以根据负载等效电阻的不同提前设置好，例如可以根据公式(2)预先设置阈值电压，为设置方便，阈值电压可以进行近似运算以取整数，不同的负载等效电阻对应不同的阈值电压，然后在应用中通过查表的方式获得需要的阈值电压。

所述直流电压控制单元用以控制所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致，具体为：所述直流电压控制单元将所述直流电压信号与所述阈值电压进行差值运算，获得运算结果，如图4中Vc表征两者差值，并将运算结果传输至所述电能发射端，如图4中的MCU控制器1接收所述运算差值结果Vc。

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；例如MCU控制器1控制DC-DC变换器的输出电压来减小发射线圈周围的磁场，以减小所述直流电压信号。

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。通过上述的控制方式，可以使得直流电压信号Vrect接近阈值电压Vth。当然，当所述直流电压信号与所述阈值电压相近时，则电能发射端维持所述发射线圈的磁场不变。此外，MCU控制器1还可以通过控制电能发射端中其他器件来降低发射线圈周围的磁场。

图5为为依据本发明的控制电路的第二种实现方式，本实施例与图4中实施例中电能接收端的控制电路的等效电阻计算单元、阈值电压调节单元，所不同的是，本实施例中，直流电压控制单元在电能发射端中，如图5中的MCU控制器1包括直流电压控制单元。所述直流电压控制单元接收电能接收端的所述直流电压信号Vrect与所述阈值电压Vth，并将两者进行差值运算，当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。这里，电能发射端控制原边发射线圈的磁场方式与图4中一致。

参考图7所示为依据本发明的电压曲线图，根据本发明的控制电路可知，当其中一组电能接收端的负载等效电阻Req为Req1时，则阈值电压Vth为Vth1，当负载等效电阻Req变为Req2时，则阈值电压Vth随之调节为Vth2，这样，根据上述的控制电路工作原理可知，直流电压信号Vrect也随之变化，根据上述公式(2)可知，当阈值电压Vth随着负载等效电阻Req变化时，则预定电压值Vs是可以保持不变的，而预定电压值即表征电能接收端耦合的感生电压，也即是电能接收端耦合到的磁场不变，即实现了发射线圈磁场的稳定。这样，当每一个电能接收端均按照上述控制电路进行控制时，虽然每一个电能接收端不同的阈值电压Vth控制得到不同的直流电压信号Vrect，但是每一个接收端的感生电压值Vs是相同的，则每一个电能接收端的耦合磁场均是恒定不变的，因此，则无论当前是否有电能接收端的电子设备电池充满电，其余的电能接收端的电子设备电池均不受影响，可以有充足的充电能量，依据本发明的控制方案可以很好实现图3中的无线充电装置中一对多的充电功能。

另外，本发明还公开了一种无线充电装置的控制方法，参考图8所示的流程图，所述无线充电装置包括电能发射端和N个电能接收端，其中，N≥1，所述控制方法包括以下步骤：

计算每一个电能接收端的负载等效电阻以获得负载的等效电阻的大小；

根据所述每一个电能接收端的负载等效电阻和预定电压值获得对应的电能接收端的阈值电压，其中，所述预定电压值为所述N个电能接收端的感生电压值；

根据所述每一个电能接收端的阈值电压控制对应电能接收端的所述直流电压信号，以使得所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致。

优选地，采样每一个电能接收端中整流电路输出端的电压信号和电流信号，获得直流电压信号和整流电流信号；

根据所述直流电压信号和整流电流信号计算每一个电能接收端的负载等效电阻。

优选地，采样每一个电能接收端中整流电路输出端的电压信号以获得直流电压信号；

采样每一个电能接收端中DC-DC变换器的输出电压和输出电流以获得输出功率；

根据所述直流电压信号和所述输出功率计算每一个电能接收端的负载等效电阻。

优选地，根据所述负载等效电阻和预定电压值获得所述电能接收端的阈值电压具体步骤包括：

所述预定电压值为预先设置的固定值，所述阈值电压随着负载等效电阻的不同而不同。

优选地，控制所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致的具体步骤包括：

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则所述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。

综上，本发明的无线充电装置的控制方法及无线充电装置，通过设置采样直流电压和整流电流的值计算获得等效负载电阻，然后根据等效负载电阻调节阈值电压，这样电能接收端整流电路输出端的直流电压为随着负载自适应变化的值，可保证电能接收端耦合到的感生电压为恒定值。这样无论当前电能接收端充电是否完成，其余的电能接收端仍能获得充足的空间磁场，可以正常地为多个电能接收端提供充电能量。

以上对依据本发明的优选实施例的无线充电装置的控制方法及无线充电装置进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线充电装置的控制方法，其特征在于，所述无线充电装置包括电能发射端和N个电能接收端，其中，N≥1，所述控制方法包括以下步骤：

计算每一个电能接收端的负载等效电阻以获得负载等效电阻的大小；

根据所述每一个电能接收端的负载等效电阻和预定电压值获得对应的电能接收端的阈值电压，其中，所述预定电压值为所述N个电能接收端的感生电压值；

根据所述每一个电能接收端的阈值电压控制对应电能接收端的所述直流电压信号，以使得所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，采样每一个电能接收端中整流电路输出端的电压信号和电流信号，获得直流电压信号和整流电流信号；

根据所述直流电压信号和整流电流信号计算每一个电能接收端的负载等效电阻。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

采样每一个电能接收端中整流电路输出端的电压信号以获得直流电压信号；

采样每一个电能接收端中DC-DC变换器的输出电压和输出电流以获得输出功率；

根据所述直流电压信号和所述输出功率计算每一个电能接收端的负载等效电阻。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述负载等效电阻和预定电压值获得所述电能接收端的阈值电压具体步骤包括：

所述预定电压值为预先设置的固定值，所述阈值电压随着负载等效电阻的不同而不同。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致的具体步骤包括：

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则所述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。

6.一种无线充电装置，其特征在于，所述无线充电装置包括电能发射端和N个电能接收端，其中，N≥1，每一个电能接收端包括一控制电路；

每一个所述控制电路包括等效电阻计算单元、阈值电压调节单元，

所述等效电阻计算单元采样对应电能接收端中整流电路输出端的电压信号，获得直流电压信号，并根据所述直流电压信号计算该电能接收端的负载等效电阻；

所述阈值电压调节单元根据所述负载等效电阻和预定电压值获得对应的电能接收端的阈值电压，其中，所述预定电压值为所述N个电能接收端的感生电压值；

所述电能发射端根据该电能接收端的阈值电压控制所述直流电压信号的大小，以使得所述直流电压信号与所述阈值电压保持一致。

7.根据权利要6所述的无线充电装置，其特征在于，所述等效电阻计算单元根据所述直流电压信号和所述整流电路输出端的整流电流信号或者是根据所述直流电压信号和所述电能接收端的输出功率计算获得所述负载等效电阻。

8.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于，所述预定电压值为预先设置的固定值，所述阈值电压随着负载等效电阻的不同而不同。

9.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于，所述控制电路还包括直流电压控制单元，

所述直流电压控制单元将所述直流电压信号与所述阈值电压进行差值运算，并将运算结果传输至所述电能发射端，

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。

10.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于，所述电能发射端包括一直流电压控制单元，

所述直流电压控制单元接收电能接收端的所述直流电压信号与所述阈值电压，并将两者进行差值运算，

当所述直流电压信号大于所述阈值电压时，则所述电能发射端降低发射线圈的磁场，以减小所述直流电压信号；

当所述直流电压信号小于所述阈值电压时，则所述电能发射端增加发射线圈的磁场，以增大所述直流电压信号。