CN109286249B - 无线能量传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供的一种无线能量传输系统，属于无线充电技术领域。该系统通过判断发射模块和接收模块的输出功率是否达到最大值，在发射模块和接收模块的输出功率均不达到所述最大值，即发射模块与接收模块之间不处于谐振状态时，为了调节发射模块与接收模块之间重新处于谐振状态，则第一控制电路同时控制高频电源的电路频率以及发射电路调节其电路频率，与此同时第二控制电路控制接收电路调节其电路频率，由此，通过同时调节高频电源、发射电路以及接收电路三者的电路频率，从而实现最大传输效率及最大传输功率。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体而言，涉及一种无线能量传输系统。
背景技术
随着电子设备小型化、智能化的发展和新能源汽车的出现，电子设备的充电接口虽然趋于统一，但是各种快充技术的出现使得人们又面临着充电插头繁多、标准不一的困扰。此外，对于外出旅行和工作的人来说，大量的电子设备对应着大量的充电器，为外出增加了更多的负担。因此，无线能量传输技术应运而生，是解决这一矛盾的最好方法。
无线能量传输技术，顾名思义即在不使用充电线的情形下使得电能在空气中传输。无线能量传输技术也称为无线电能传输技术，其原理是利用发射端交变电流产生的一个交变电磁场，然后利用电磁场在接收端的电磁感应现象产生交变电流，如此有电生磁到磁生电就能够将电能由一端发射到另一端。
无线能量传输技术广泛应用的为磁耦合谐振式，磁耦合谐振式变频技术在当前的研究中，还主要是以自调谐技术为主，这种方法虽然打破了传统上频率固定调谐的桎梏，解决了频率失谐问题；但是其频率跟踪调谐的本质仍然是阻抗匹配，这种方法在实际电路中由于工作时长、电路连接和频率高低等问题容易引起导线寄生电容、寄生电感的变化，调谐精度很低，因此无法完全克服交叉耦合现象引起的频率漂移，也就是无法保证传输效率和传输功率都最大化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线能量传输系统，其能够改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种无线能量传输系统，其特征在于，所述无线能量传输系统包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括发射电路、高频电源、第一电流电压采集电路以及第一控制电路，所述接收模块包括接收电路、第二电流电压采集电路以及第二控制电路，所述发射电路与所述高频电源连接，所述高频电源与所述第一控制电路连接，所述第一电流电压采集电路与所述发射电路连接，所述发射电路与所述接收电路无线连接，所述第一控制电路与所述第二控制电路无线连接，所述接收电路与所述第二电流电压采集电路连接，所述第二控制电路与所述第二电流电压采集电路连接；
所述第二电流电压采集电路采集所述接收模块的第二电流和第二电压，并根据所述第二电流与所述第二电压计算获得所述接收模块当前时刻的输出功率，且在判断所述接收模块当前时刻的输出功率小于所述当前时刻以前的前一时刻的输出功率时，发送第一调节指令至所述第二控制电路；
所述第二控制电路根据所述第一调节指令控制所述接收模块调节其电路频率，以使所述接收模块的输出功率达到最大值；
所述第二控制电路根据所述第一调节指令向所述第一控制电路发送控制指令；
所述第一控制电路根据所述控制指令控制所述第一电流电压采集电路采集所述发射模块的第一电流和第一电压；
所述第一电流电压采集电路根据所述第一电流与所述第一电压计算获得所述发射模块的输出功率，且在判断所述发射模块的输出功率小于所述最大值时，发送第二调节指令至所述第一控制电路；
所述第一控制电路根据所述第二调节指令控制所述高频电源调节其电路频率以及控制所述发射电路调节其电路频率，以使所述发射模块的输出功率达到所述最大值。
在本发明较佳的实施例中，所述发射电路包括发射线圈、第一步进电机、第二步进电机，第一可调电容以及第一可调电感，所述发射线圈与所述接收电路连接，所述第一步进电机与所述第一可调电容连接，所述第二步进电机与所述第一可调电感连接，所述第一控制电路均与所述第一步进电机、所述第二步进电机连接。
在本发明较佳的实施例中，所述高频电源包括第一电源、第二电源、第三电源、驱动芯片、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管以及场效应管，所述第一电容的一端与所述第一电源的正极连接，所述第一电容的另一端接地，所述驱动芯片还与所述第二电源的正极连接，所述第二电源的正极与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地，所述驱动芯片还与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端、所述第一二极管的阴极、所述场效应管的栅极连接，所述第二电阻、所述第一二极管的阳极均接地，所述场效应管的源极接地，所述场效应管的漏极与所述第三电源的正极连接。
在本发明较佳的实施例中，所述接收电路包括接收线圈、第三步进电机、第四步进电机、第二可调电容、第二可调电阻以及第三电感，所述第二控制电路分别与所述第三步进电机、第四步进电机连接，所述第三步进电机与所述第二可调电容连接，所述第四步进电机与所述第二可调电阻连接，所述接收线圈与所述发射线圈连接。
在本发明较佳的实施例中，所述第一电流电压采集电路包括比较电路、与所述比较电路的第一端连接的采样电路、与所述比较电路的第二端连接的参考电路及与所述采样电路连接的主控电路。
在本发明较佳的实施例中，所述采样电路包括采样电容和采样电阻，所述采样电容与所述发射电路并联，所述采样电阻与所述发射电路串联。
在本发明较佳的实施例中，所述采样电路还包括分压电路，所述分压电路与所述发射电路并联。
在本发明较佳的实施例中，所述分压电路包括多个串联的第一电阻。
在本发明较佳的实施例中，所述参考电路包括第二电阻及与所述第二电阻串联的二极管。
在本发明较佳的实施例中，所述第一控制电路和所述第二控制电路均为单片机。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供的一种无线能量传输系统，该系统通过所述第二电流电压采集电路采集所述接收模块的第二电流和第二电压，并根据所述第二电流与所述第二电压计算获得所述接收模块当前时刻的输出功率，且在判断所述接收模块当前时刻的输出功率小于所述当前时刻以前的前一时刻的输出功率时，发送第一调节指令至所述第二控制电路，然后所述第二控制电路根据所述第一调节指令控制所述接收模块调节其电路频率，以使所述接收模块的输出功率达到最大值，所述第二控制电路根据所述第一调节指令向所述第一控制电路发送控制指令，所述第一控制电路根据所述控制指令控制所述第一电流电压采集电路采集所述发射模块的第一电流和第一电压，所述第一电流电压采集电路根据所述第一电流与所述第一电压计算获得所述发射模块的输出功率，且在判断所述发射模块的输出功率小于所述最大值时，发送第二调节指令至所述第一控制电路，本方案中可通过同时调节高频电源、发射电路及接收电路三者的电路阻抗，从而使得发射模块与接收模块处于谐振状态，进而实现最大传输效率和最大传输功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例为本发明实施例提供的一种无线能量传输系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种无线能量传输系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的一种发射电路的电路原理图；
图4为本发明实施例提供的一种高频电源的电路原理图；
图5为本发明实施例提供的一种第一电流电压采集电路的电路原理图。
图标：100-无线能量传输系统；110-发射模块；111-高频电源；112-发射电路；113-第一控制电路；114-第一电流电压采集电路；1142-比较电路；1144-采样电路；1146-参考电路；120-接收模块；122-接收电路；124-第二电流电压采集电路；126-第二控制电路；1121-发射线圈；1122-第一步进电机；1123-第二步进电机；1221-接收线圈；1222-第三步进电机；1223-第四步进电机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
在无线能量传输技术中，通常是通过磁耦合谐振方式进行无线电能传输，磁耦合谐振式无线能量传输技术就是利用两个具有相同自谐振品牌的线圈之间产生强耦合，可以将电磁能量在这个强耦合区间进行高效率、强密度、中距离传输。其基本实现思路是如图1所示。磁耦合谐振系统由如下两部分组成，高频大功率振荡源发射端和耦合接收端，在发射端有高频大功率电源A和发射谐振线圈S组成，要求电源A的频率f1与发射谐振线圈的自谐振频率f2相等，发射端电源与发射线圈1121自耦合谐振，无能量损失和频率偏移，另一方面，要求发射线圈1121的频率与接收线圈1221的自谐振频率f3相等，类似于通信系统中的调频与调谐现象，所以，只有当f1＝f2＝f3时，传输功率最大，传输效率最高，传输距离最远。而其三者的频率随着距离的改变也会变为不一致，所以，为了在传输距离改变的情况下也可以实现无线能量传输系统100中的传输功率最大，传输效率最高，本发明实施例提供了一种无线能量传输系统100。
请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种无线能量传输系统100的结构框图，所述无线能量传输系统100包括发射模块110和接收模块120，所述发射模块110包括发射电路112、高频电源111、第一电流电压采集电路114以及第一控制电路113，所述接收模块120包括接收电路122、第二电流电压采集电路124以及第二控制电路126，所述发射电路112与所述高频电源111连接，所述高频电源111与所述第一控制电路113连接，所述第一电流电压采集电路114与所述发射电路112连接，所述发射电路112与所述接收电路122无线连接，所述第一控制电路113与所述第二控制电路126无线连接，所述接收电路122与所述第二电流电压采集电路124连接，所述第二控制电路126与所述第二电流电压采集电路124连接。
其中，所述第二电流电压采集电路124采集所述接收模块120的第二电流和第二电压，并根据所述第二电流与所述第二电压计算获得所述接收模块120当前时刻的输出功率，且在判断所述接收模块120当前时刻的输出功率小于所述当前时刻以前的前一时刻的输出功率时，发送第一调节指令至所述第二控制电路126。
为了对接收模块120当前时刻的输出功率进行监控，以监控接收模块120当前时刻的输出功率是否小于当前时刻以前的前一时刻的输出功率，可以通过第二电流电压采集电路124采集接收模块120的第二电流和第二电压，从而根据第二电流和第二电压的乘积来获得接收模块120的输出功率，然后判断该输出功率是否小于前一时刻的输出功率，在小于时，发送第一调节指令至所述第二控制电路126。
所述第二控制电路126根据所述第一调节指令控制所述接收模块120调节其电路频率，以使所述接收模块120的输出功率均达到最大值。
所述第二控制电路126控制接收模块120调节其电路频率，使得接收模块120的输出功率达到最大值。
所述第二控制电路126根据所述第一调节指令向所述第一控制电路113发送控制指令。
所述第一控制电路113根据所述控制指令控制所述第一电流电压采集电路114采集所述发射模块110的第一电流和第一电压。
所述第一电流电压采集电路114根据所述第一电流与所述第一电压计算获得所述发射模块110的输出功率，且在判断所述发射模块110的输出功率小于所述最大值时，发送第二调节指令至所述第一控制电路113。
在接收模块120的输出功率没有达到最大值时，第二控制电路126向第一控制电路113发送控制指令，以控制第一电流电压采集电路114采集发射模块110的第一电流和第一电压，并计算发射模块110的输出功率，在判断发射模块110的输出功率没有达到最大值时，第一电流电源采集电路发送第二调节指令至所述第一控制电路113。
所述第一控制电路113根据所述第二调节指令控制所述高频电源111调节其电路频率以及控制所述发射电路112调节其电路频率，以使所述发射模块110的输出功率达到所述最大值。
其中，在调节电路频率的过程中，若发现在当前频率点时，发射模块110和接收模块120的输出功率比前一时刻的小，则继续调节其电路频率，可以将电路频率进行调大或调小，当调节到某个电路频率值时，无论是调大或调小电路频率时所得到的输出功率都比该电路频率值对应的输出功率小，则表明该电路频率对应的输出功率达到最大值。
由于发射模块110与接收模块120之间是无线连接，发射模块110与接收模块120之间距离的改变会影响发射模块110与接收模块120之间的无线能量的传输，所以，在发射模块110与接收模块120之间距离改变的情况下，为了满足发射模块110中的高频电源111、发射电路112以及接收电路122三者之间的电路频率保持匹配状态，以实现最大传输效率和最大传输功率。
若发射模块110与接收模块120之间的距离发生改变时，发射模块110与接收模块120的电流和电压均会发生变化，即发射模块110和接收模块120的电路频率发生变化，在发射模块110与接收模块120处于谐振状态下时，发射模块110与接收模块120的传输功率达到最大值，所以可通过发射模块110与接收模块120之间是否处于谐振状态，即判断发射模块110和接收模块120的输出功率是否达到最大值，该最大值为预先设定的发射模块110与接收模块120处于谐振状态时输出功率的最大值，所以，在发射模块110和接收模块120的输出功率均不达到所述最大值，即发射模块110与接收模块120之间不处于谐振状态时，为了调节发射模块110与接收模块120之间重新处于谐振状态，则第一控制电路113同时控制高频电源111的电路频率以及发射电路112调节其电路频率，第二控制电路126控制接收电路122调节其电路频率，由此，通过调节高频电源111、发射电路112以及接收电路122三者的电路频率，从而实现最大传输效率及最大传输功率。
作为一种实施方式，请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种发射电路112的电路原理图，所述发射电路112包括发射线圈1121、第一步进电机1122、第二步进电机1123，第一可调电容C1以及第一可调电感L1，所述发射线圈1121与所述接收电路122连接，所述第一步进电机1122与所述第一可调电容C1连接，所述第二步进电机1123与所述第一可调电感L1连接，所述第一控制电路113均与所述第一步进电机1122、所述第二步进电机1123连接。
第一控制电路113在检测到发射模块110的输出功率没有达到最大值时，分别向第一步进电机1122和第二步进电机1123，以及高频电源111发送控制指令，第一步进电机1122和第二步进电机1123在接收到第一控制电路113发送的控制指令后，第一步进电机1122控制第一可调电容C1的电容值发生改变，第二步进电机1123控制第一可调电感L1的电感值发生改变，同时高频电源111的电路频率也发生改变，由此，使得通过改变发射电路112的输出功率，实现发射端与接收端的频率谐振。
另外，所述接收电路122包括接收线圈1221、第三步进电机1222、第四步进电机1223、第二可调电容C2、第二可调电阻以及第三电感，所述第二控制电路126分别与所述第三步进电机1222、第四步进电机1223连接，所述第三步进电机1222与所述第二可调电容C2连接，所述第四步进电机1223与所述第二可调电感L2连接，所述接收线圈1221与所述发射线圈1121无线连接。
接收模块120中的第二控制电路126在检测到接收模块120的输出功率未达到最大值时，表示此时发射模块110和接收模块120之间不是处于谐振状态，此时，第二控制电路126可向第三步进电机1222和第四步进电机1223分别发送控制指令，第三步进电机1222和第四步进电机1223在接收到该控制指令后，第三步进电机1222对所述第二可调电容C2的电容值进行调节，第四步进电机1223对第二可调电感L2的电感值进行调节，由此可调节接收电路122的电路频率。
其中，在本实施例中，第一控制电路113和第二控制电路126均为单片机。
为了便于对高频电源111进行调频，本实施例中可以选择第一控制电路113输出PWM波作为高频振荡，第一控制电路113在本实施例中为单片机，由于单片机仅仅只有3.3V左右，因此需要对PWM波电平进行放大，然后让放大后的PWM波去驱动一个功率管构成E类功率放大电路，所以，如图4所示，所述高频电源111包括第一电源E1、第二电源E2、第三电源E3、驱动芯片U1、第一电容C3、第二电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1以及场效应管Q1，所述第一电容C3的一端与所述第一电源E1的正极连接，所述第一电容C3的另一端接地，其与所述驱动芯片U1的VSS引脚连接，所述驱动芯片U1的VDD引脚还与所述第二电源E2的正极连接，所述第二电源E2的正极与所述第二电容C4的一端连接，所述第二电容C4的另一端接地，所述驱动芯片U1的LO引脚还与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端、所述第一二极管D1的阴极、所述场效应管Q1的栅极连接，所述第二电阻R2、所述第一二极管D1的阳极均接地，所述场效应管Q1的源极接地，所述场效应管Q1的漏极与所述第三电源E3的正极连接。
单片机输出的PWM波可以利用按键来控制其频率的增减，设置其增减间隔1KHz左右，单片机按键控制品牌增减的原理是改变其分频数来改变频率，因此，在分频数小于269时，也就是频率大于255KHz的情况下，其增减间隔将大于1KHz，反之亦然。因此，本实施例中，将初始谐振频率设置为259KHz，由此可利用单片机实现高频震荡和可调频两个功能。
由于需要对单片机输出3.3V的PWM波进行放大，则驱动E类功率放大电路的功率管需要的电平大于3.3V，即高频电源111中的场效应管Q1需要的电平大于3.3V，其栅源极开启电压VGS(th)＝(2.0---4.0)V，放大时的VGS<＝20V，也就是说在有效放大区间的VGS＝(4.0---20.0)V之间，因此，需要放大PWM波。本实施例中选择了型号为IR2110的驱动芯片U1来实现放大功能，将3.3V的PWM波放大为12V的方波信号。
IR2110内部功能由三部分组成：逻辑输入、电平平移及输出保护。IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装，具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，15V下静态功耗只有116m W；输出的电源端(即VCC)电压范围10～20V；逻辑电源电压(即VDD)范围5～15V，可方便地与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；图腾柱输出峰值电流为2A；工作频率高，可达500k Hz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns。IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。
本实施例中，利用驱动芯片U1的低端输出，让其驱动一个场效应管Q1，当然，还可以通过接通驱动芯片U1的VB、VS、HO引脚来构成半桥或全桥驱动电路，这样高频电源111将会有更好的驱动能力。
由于场效应管Q1工作电压高，工作电流大，但频率只有几千赫兹，无法满足无线能量传输系统100的工作频率，所以本实施例中可以采用型号为IRF840的场效应管Q1，IRF840的击穿电压可达500V，集电极最大饱和电流已超过8A。IRF840为一款耐压高，大电流、大功率的三脚MOSFET。导通时间40ns，关断延迟时间80n，是目前已知的工作频率较高的器件，极限频率可达2MHz以上。
所以，在发射模块110与接收模块120由于距离的变化不处于谐振状态时，可以通过同时调节高频电源111、发射电路112以及接收电路122的电路频率，从而使得发射模块110与接收模块120重新处于谐振状态，以实现无线传输装置的最大传输功率与最大传输效率。
下面以一个实际的例子进行说明。
将接收模块120接入负载(LED灯)，首先确定接收模块120的谐振频率，即将接收模块120中接收电路122的第二可调电容C2和第二可调电感L2设置一个固定值，然后将发射线圈1121和接收线圈1221之间的距离缩短(距离在1cm以内)，然后调节高频电源111的电路频率，使得负载LED等尽可能最亮，然后一边细调高频电源111的电路频率，以及调节第二可调电容C2、第二可调电感L2、第一可调电感L1和第一可调电容C1的值，一边将发射线圈1121与接收线圈1221之间的距离增大，这个过程LED灯保证最亮，直至其在最佳距离有最大效率为止，这样就以功率匹配的方式实现了调谐。如下表所述：
从上表可以看出不同电容值都可以通过可调电感来调谐，如果将固定电容变换成一个取值在(22-47)nF的可调电容，那么也可以通过可调电感来调谐，从而可以说明改变发射模块110和接收模块120谐振频率的方法是可行的。
另外，所述第一电流电压采集电路114和所述第二电流电压采集电路124用于采集电流，作为一种实施方式，第一电流电压采集电路114和第二电流电压采集电路124可以采用采样电阻R3或者霍尔电流传感器对发射电路112以及接收电路122的电流进行采样，从而获得第一电流值和第二电流值。
作为一种实施方式，请参照图5，图5为本发明实施例提供的一种第一电流电压采集电路114的电路原理图，所述第一电流电压采集电路114包括比较电路1142、与所述比较电路1142的第一端连接的采样电路1144、与所述比较电路1142的第二端连接的参考电路1146及与所述采样电路1144连接的主控电路(图上未示出)。
所述采样电路1144用于采集发射电路112的电压和电流，其中，所述采样电路1144包括采样电容C4和采样电阻R3，其中，所述采样电容C4与所述发射电路112并联，所述采样电阻R3与所述发射电路112串联，在本发明实施例中，可以在大电流检测中，主要通过采样电阻R3实现电流检测，在小电流检测中，主要通过采样电容C4实现电流检测。
所述采样电路1144还包括分压电路(图未示出)，所述分压电路与所述发射电路112并联。所述分压电路包括多个串联的第一电阻R1。
所述参考电路1146包括第三电阻R4及与所述第三电阻R4串联的第二二极管D2。具体地，所述第三电阻R4的一端与所述第二二极管D2的负极连接，所述第三电阻R4的另一端与所述发射电路112连接，所述第二二极管D2的正极接地，所述第三电阻R4与所述第二二极管D2之间的连接点与所述比较电路1142的第二端连接。在本发明实施例中，所述参考电路1146也可以包括其他电路元件，其只要能够提供稳定的参考电压即可。优选地，根据所述比较电路1142的输入电压获得所述参考电路1146提供的参考电压的电压值，例如，所述参考电压提供的参考电压的电压值是所述比较电路1142的输出电压的70％-90％。进一步地，通过选取所述参考电路1146中的第三电阻R4和第二二极管D2等电路元件的大小，可以提供合适的参考电压，由此能够更加准确的检测发射电路112的第一电流。
所述采样电容C4通过一控制回路S1与发射电路112连接，其中，所述控制回路S1具体可以为开关，在此，通过所述采样电容C4与控制回路S1连接，所述控制回路S1与发射电路112连接，由此可以很方便的实现所述采样电容C4的充电与放电，进行实现对于较小电流的检测。
所述主控电路用于根据采样电路1144采集的电流和发射模块110的输出功率，以及判断该输出功率是否达到最大值，在未达到最大值时，发送第二调节指令至所述第一控制电路113。
第二电流电压采集电路124也可与上述第一电流电压采集电路114的结构相同，均可实现对接收电路122的第二电流进行采集，为了描述的简洁，在此不再过多赘述。
需要说明的是，在频率调谐时利用RLC谐振回路或者罗耶电路等实现三者同时可调的方案也是本方案的替代方案术；在无线自适应反馈控制频率调谐时通过电流或者电压的无线反馈控制频率调谐的方案也是本方案的替代方案术。
综上所述，本发明实施例提供的一种无线能量传输系统，该系统通过所述第二电流电压采集电路采集所述接收模块的第二电流和第二电压，并根据所述第二电流与所述第二电压计算获得所述接收模块当前时刻的输出功率，且在判断所述接收模块当前时刻的输出功率小于所述当前时刻以前的前一时刻的输出功率时，发送第一调节指令至所述第二控制电路，然后所述第二控制电路根据所述第一调节指令控制所述接收模块调节其电路频率，以使所述接收模块的输出功率达到最大值，与此同时所述第二控制电路根据所述第一调节指令向所述第一控制电路发送控制指令，所述第一控制电路根据所述控制指令控制所述第一电流电压采集电路采集所述发射模块的第一电流和第一电压，所述第一电流电压采集电路根据所述第一电流与所述第一电压计算获得所述发射模块的输出功率，且在判断所述发射模块的输出功率小于所述最大值时，发送第二调节指令至所述第一控制电路，本方案中可通过同时调节高频电源、发射电路及接收电路三者的电路频率，从而使得发射模块与接收模块处于谐振状态，进而实现最大传输效率和最大传输功率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无线能量传输系统，其特征在于，所述无线能量传输系统包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括发射电路、高频电源、第一电流电压采集电路以及第一控制电路，所述接收模块包括接收电路、第二电流电压采集电路以及第二控制电路，所述发射电路与所述高频电源连接，所述高频电源与所述第一控制电路连接，所述第一电流电压采集电路与所述发射电路连接，所述发射电路与所述接收电路无线连接，所述第一控制电路与所述第二控制电路无线连接，所述接收电路与所述第二电流电压采集电路连接，所述第二控制电路与所述第二电流电压采集电路连接；
所述第二电流电压采集电路采集所述接收模块的第二电流和第二电压，并根据所述第二电流与所述第二电压计算获得所述接收模块当前时刻的输出功率，且在判断所述接收模块当前时刻的输出功率小于所述当前时刻以前的前一时刻的输出功率时，发送第一调节指令至所述第二控制电路；
所述第二控制电路根据所述第一调节指令控制所述接收模块调节其电路频率，以使所述接收模块的输出功率达到最大值；
所述第二控制电路根据所述第一调节指令向所述第一控制电路发送控制指令；
所述第一控制电路根据所述控制指令控制所述第一电流电压采集电路采集所述发射模块的第一电流和第一电压；
所述第一电流电压采集电路根据所述第一电流与所述第一电压计算获得所述发射模块的输出功率，且在判断所述发射模块的输出功率小于所述最大值时，发送第二调节指令至所述第一控制电路；
所述第一控制电路根据所述第二调节指令控制所述高频电源调节其电路频率以及控制所述发射电路调节其电路频率，以使所述发射模块的输出功率达到所述最大值。
2.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述发射电路包括发射线圈、第一步进电机、第二步进电机，第一可调电容以及第一可调电感，所述发射线圈与所述接收电路连接，所述第一步进电机与所述第一可调电容连接，所述第二步进电机与所述第一可调电感连接，所述第一控制电路均与所述第一步进电机、所述第二步进电机连接。
3.根据权利要求2所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述高频电源包括第一电源、第二电源、第三电源、驱动芯片、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管以及场效应管，所述第一电容的一端与所述第一电源的正极连接，所述第一电容的另一端接地，所述驱动芯片还与所述第二电源的正极连接，所述第二电源的正极与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地，所述驱动芯片还与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端、所述第一二极管的阴极、所述场效应管的栅极连接，所述第二电阻、所述第一二极管的阳极均接地，所述场效应管的源极接地，所述场效应管的漏极与所述第三电源的正极连接。
4.根据权利要求3所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述接收电路包括接收线圈、第三步进电机、第四步进电机、第二可调电容、第二可调电阻以及第三电感，所述第二控制电路分别与所述第三步进电机、第四步进电机连接，所述第三步进电机与所述第二可调电容连接，所述第四步进电机与所述第二可调电阻连接，所述接收线圈与所述发射线圈连接。
5.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述第一电流电压采集电路包括比较电路、与所述比较电路的第一端连接的采样电路、与所述比较电路的第二端连接的参考电路及与所述采样电路连接的主控电路。
6.根据权利要求5所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述采样电路包括采样电容和采样电阻，所述采样电容与所述发射电路并联，所述采样电阻与所述发射电路串联。
7.根据权利要求6所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述采样电路还包括分压电路，所述分压电路与所述发射电路并联。
8.根据权利要求7所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述分压电路包括多个串联的第一电阻。
9.根据权利要求8所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述参考电路包括第二电阻及与所述第二电阻串联的二极管。
10.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于，所述第一控制电路和所述第二控制电路均为单片机。
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