CN110277836B - 无线功率发射器和无线功率传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无线功率传输系统以及无线功率发射器。所述无线功率发射器包括：与输入电源连接的发射电路模块；与所述发射电路模块电性连接的发射线圈；异物检测模块，其包括电流传感器和异物检测单元，所述电流传感器用于检测所述发射电路模块的输入端上的电流并得到电流传感信号，所述异物检测单元基于所述电流传感信号确认是否存在异物。本发明通过检测所述发射电路模块的输入端上的电流的大小来确定是否存在异物，其精度高，实现简单。

Description

无线功率发射器和无线功率传输系统
【技术领域】
本发明涉及无线功率传输系统中的异物检测，尤其是涉及采用改进的异物检测方案的无线功率发射器和无线功率传输系统。
【背景技术】
目前无线功率传输系统的应用已经非常广泛。通过磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用于具有磁耦合的初级发射器线圈与次级接收器线圈的系统。通过在两个设备之间分离初级发射器感应器和次级接收器线圈，基于磁耦合的原理，这些之间的无线功率传输变得可能。
这样的布置允许到设备的无线功率传输，而不需要进行任何电线或物理电连接。实际上，其可以简单地允许将设备放置在发射器附近或之上，以便从外部再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，在该水平表面上可以简单地放置设备以便被供电。
无线功率传输的潜在问题是功率可能无意地被转移到例如碰巧位于功率发射器附近的金属物体。例如，如果将诸如硬币、钥匙、戒指等的异物放置在被布置为接收功率接收器的功率发射器平台上，则由发射器线圈生成的磁通量将在金属物体中引入涡电流，这将导致物体升温。热量增加可能非常显著并且可能非常不利。
因此，异物检测在无线功率传输系统中是一个强制要求。现有技术中有多种异物检测方案，比如通过检测发射器发送的功率与接收器接收的功率之间的差异来确定是否有异物，再比如可以测量Q因子的减少来确定是否存在异物，然而这些方式检测精度都有待提高。
因此，有必要提供一种新的改进的异物检测方案。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于提供一种无线功率发射器和无线功率传输系统，其采用了全新的异物检测方案，精度高，实现简单。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于无线功率传输系统的无线功率发射器，其包括：与输入电源连接的发射电路模块；与所述发射电路模块电性连接的发射线圈；异物检测模块，其包括电流传感器和异物检测单元，所述电流传感器用于检测所述发射电路模块的输入端上的电流并得到电流传感信号，所述异物检测单元基于所述电流传感信号确认是否存在异物。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种无线功率传输系统，其包括：无线功率发射器和无线功率接收器。所述无线功率接收器包括接收线圈和所述接收线圈电性连接的接收电路模块。所述无线功率发射器包括：与输入电源连接的发射电路模块；与所述发射电路模块电性连接的发射线圈；异物检测模块，其包括电流传感器和异物检测单元，所述电流传感器用于检测所述发射电路模块的输入端上的电流并得到电流传感信号，所述异物检测单元基于所述电流传感信号确认是否存在异物。
与现有技术相比，本发明通过检测所述发射电路模块的输入端上的电流的大小来确定是否存在异物，其精度高，实现简单。
关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。
【附图说明】
结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：
图1为本发明中的无线功率传输系统在一个实施例中的电路示意图；
图2为本发明中的无线功率传输系统中的异物检测电路在一个实施例中的电路示意图；
图3为图2中的峰值检测电路在一个实施例中的电路示意图；
图4为从无线功率发射器的输入端看去的等效电路。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本发明中的“多个”、“若干”表示两个或两个以上。本发明中的“和/或”表示“和”或者“或”。
典型的无线功率传输系统(如图1)包含2个必不可少的部分：无线功率发射器TX和无线功率接收器RX。能量通过无线功率发射器和无线功率接收器的耦合线圈从无线功率发射器传递到无线功率接收器，从无线功率发射器的输入端看进去的等效电路如图4所示。它的输入阻抗是：
ZTX＝jωLeq+(1/jωCeq+Req)
当一个异物接近无线功率发射器线圈，它就处在无线功率发射器的发射线圈产生的磁场里。一个电涡流就会在异物表面产生。这个电涡流产生的磁场就会发射到无线功率发射器的发射线圈产生的磁场里，从而改变了空间磁场分布。从电路的角度看，这相当于改变了输入阻抗ZIN，输入阻抗的变化会导致无线功率发射器的发射电路模块的输入端的电流的幅值变化。因此，检测无线功率发射器的发射电路模块的输入端的电流的幅值变化可以检测是否有异物。
本发明提出一种无线功率传输系统，其采用了全新的异物检测方案，精度高，实现简单。图1为本发明中的无线功率传输系统在一个实施例中的电路示意图。如图1所示的，所述无线功率传输系统包括无线功率发射器10和无线功率接收器20。所述无线功率发射器10包括与输入电源Vin连接的发射电路模块11和与所述发射电路模块11电性连接的发射线圈12。所述无线功率接收器20包括接收线圈22和所述接收线圈电性连接的接收电路模块21。
所述无线功率发射器10还包括异物检测电路。图2为本发明中的无线功率传输系统中的异物检测电路19在一个实施例中的电路示意图。如图2所示的，所述异物检测电路19包括电流传感器13和异物检测单元16。所述电流传感器13用于检测所述发射电路模块的输入端上的电流并得到电流传感信号(需要注意的是，电流传感信号可以用一个电压信号来表示，当然也可以用其他量来表示)。所述异物检测单元16基于所述电流传感信号确认是否存在异物。
在图2所示的实施例中，所述异物检测单元16包括峰值检测电路14和比较电路15。所述峰值检测电路14用于对所述电流传感信号进行峰值检测得到电流峰值(需要注意的是，电流峰值可以用一个电压信号来表示，当然也可以用其他量来表示)。所述比较电路15基于所述电流峰值确认是否存在异物。
在一些无线功率传输系统中，无线功率发射器的开关频率fs等于无线功率发射器的谐振频率ftx和无线功率接收器的谐振频率frx。在这样的系统中，异物出现会导致输入阻抗变大，进而导致发射电路模块的输入端的电流幅值变小。如果检测到的发射电路模块的输入端的电流幅值小于预定阈值电压值，就认为存在异物。在这些系统中，所述比较电路15将所述电流峰值与预定阈值电压值Vref进行比较，在所述电流峰值小于所述预定阈值电压值，认为存在异物。
在一个实施例中，所述电流传感器13可以为磁场传感器，其靠近所述发射电路模块的输入端设置，或者串联于所述发射电路模块的输入端中，所述电流传感器13感应所述发射电路模块的输入端中流过的电流产生电流传感信号。所述电流传感器13也可以是其他类型的电流传感器。
图3为图2中的峰值检测电路在一个实施例中的电路示意图。如图3所示，所述峰值检测电路14包括二极管D1、电容C1和电阻R1，其中二极管D1的阳极与所述峰值检测电路的第一输入端相连，电容C1连接于二极管D1的阴极和所述峰值检测电路的第二输入端之间，电阻R1连接于二极管D1的阴极和所述峰值检测电路的第二输入端之间，所述峰值检测电路的第二输入端也作为所述峰值检测电路的第二输出端，二极管D1的阴极作为所述峰值检测电路的第一输出端。
在另一些无线功率传输系统中，无线功率发射器的开关频率、无线功率发射器的谐振频率、无线功率接收器的谐振频率不相同。在这些系统中，一个异物的出现仍会改变等效输入阻抗，因此发射电路模块的输入端的电流包含幅值也仍会变化。在此系统中，如果检测到的电流峰值(可以用一个电压信号来表示)不在预定阈值电压范围内(小于最小值，大于最大值)，那么就可以认定异物出现。因此，在这些系统中，所述比较电路15将所述电流峰值与预定阈值电压范围进行比较，在所述电流峰值位于所述预定阈值电压范围外时，认为存在异物。
在另一个实施例中，所述异物检测单元16也可以为微控制器，所述微控制器在所述电流传感信号位于正常取值范围内，认为不存在异物，在所述电流传感信号超出正常取值范围时，认为存在异物。
综上所述的，本发明通过检测所述发射电路模块的输入端上的电流的大小来确定是否存在异物，其精度高，实现简单。
在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (6)

1.一种用于无线功率传输系统的无线功率发射器，其特征在于，其包括：
与输入电源连接的发射电路模块；
与所述发射电路模块电性连接的发射线圈；
异物检测模块，其包括电流传感器和异物检测单元，所述电流传感器用于检测所述发射电路模块的输入端上的电流并得到电流传感信号，所述异物检测单元基于所述电流传感信号确认是否存在异物，
所述电流传感器为磁场传感器，
所述异物检测单元包括峰值检测电路和比较电路，所述峰值检测电路用于对所述电流传感信号进行峰值检测得到电流峰值，所述比较电路基于所述电流峰值确认是否存在异物，
所述峰值检测电路包括二极管D1、电容C1和电阻R1，其中二极管D1的阳极与所述峰值检测电路的第一输入端相连，电容C1连接于二极管D1的阴极和所述峰值检测电路的第二输入端之间，
电阻R1连接于二极管D1的阴极和所述峰值检测电路的第二输入端之间，所述峰值检测电路的第二输入端也作为所述峰值检测电路的第二输出端，二极管D1的阴极作为所述峰值检测电路的第一输出端。
2.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，
所述比较电路将所述电流峰值与预定阈值电压值进行比较，在所述电流峰值小于所述预定阈值电压值，认为存在异物，
在无线功率传输系统中，无线功率发射器的开关频率等于无线功率发射器的谐振频率和无线功率接收器的谐振频率。
3.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，
所述比较电路将所述电流峰值与预定阈值电压范围进行比较，在所述电流峰值位于所述预定阈值电压范围外时，认为存在异物，
在无线功率传输系统中，无线功率发射器的开关频率、无线功率发射器的谐振频率和无线功率接收器的谐振频率不相同。
4.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，
所述电流传感器靠近所述发射电路模块的输入端设置，或者串联于所述发射电路模块的输入端中。
5.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，
所述异物检测单元为微控制器，所述微控制器在所述电流传感信号位于正常取值范围内，认为不存在异物，在所述电流传感信号超出正常取值范围时，认为存在异物。
6.一种无线功率传输系统，其特征在于，其包括：
如权利要求1-5任一所述的无线功率发射器；
无线功率接收器，其包括接收线圈和所述接收线圈电性连接的接收电路模块。
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