CN110336361A - 无线充电器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明无线充电器及其控制方法，属于无线充电领域。无线充电器包括外壳、蓝牙模块、电源接口、AC‑DC电路、DC‑AC电路、控制模块、显示模块和无线发射线圈，手机等支持无线充电的电子设备通过蓝牙和无线充电器连接，并将电子设备的额定充电功率、当前的充电功率发送给无线充电器，控制模块利用PID算法调整DC‑AC电路的控制信号，从而调整无线充电器的发射功率，进而使电子设备的充电功率达到额定功率。

Description

无线充电器及其控制方法
技术领域
本发明属于无线充电领域，具体涉及一种无线充电器及其控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，手机、电脑等电子产品已经进入到了人们的生活当中，随着电子产品的频繁使用，电子产品的无线充电成为了时下的一个研究热点，以下均使用手机代指具有无线充电功能的电子设备。
现有的无线充电设备是通过充电设备内部的线圈将功率传输给手机接收端内部的线圈，虽然在传输过程中有很大的功率损失，但是无线充电设备的发射功率和手机接收端的接收功率大致成正相关。
申请公布号为CN109494847A，申请公布日为2019.03.19的中国专利公布了一种无线充电器的充电方法，该无线充电器检测了当前无线充电器的发送功率和手机无线充电接收端的接收功率并计算出充电效率，但当充电设备的接收功率和其额定功率不相等时，该无线充电器并没有对发射功率进行调整，从而保证接收功率等于额定功率，因而也就会导致手机无线充电接收端的接收功率过大或过小，从而减少手机电池的使用寿命或导致充电时间延长。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无线充电器及其控制方法，能够保证手机无线充电接收端接收到的功率符合手机充电的功率要求。
本发明的技术方案是：一种无线充电器，其特征在于：包括外壳、蓝牙模块、电源接口、AC-DC电路、DC-AC电路、控制模块、显示模块和无线发射线圈；所述蓝牙模块、AC-DC电路、DC-AC电路、控制模块和无线发射线圈均安装于所述外壳内；所述显示模块设置于所述外壳的外表面，通过导线与所述控制模块连接；所述电源接口安装于所述外壳的开孔处，其一端与外接电源连接，另一端依次通过导线与AC-DC电路、DC-AC电路、无线发射线圈连接；所述无线发射线圈用于发射无线充电功率；
所述控制模块采用正弦脉宽调制SPWM法对所述DC-AC电路进行控制，使AC-DC电路整流得到的直流电逆变为交流电；所述蓝牙模块与所述控制模块通过数据传输线连接，通过数据传输线将接收到的充电功率数据发送给所述控制模块。
本发明的进一步技术方案是：所述电源接口和所述外壳的连接处通过胶粘保证防水密封。
本发明的进一步技术方案是：所述频率DC-AC电路输出频率为20KHz～100KHz的交流电。
本发明的进一步技术方案是：所述显示模块采用OLED显示屏。
一种无线充电器的控制方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：在手机上安装所述无线充电器的应用软件APP，使用APP读取手机当前充电功率和设置手机的额定充电功率；
步骤2：通过蓝牙将手机和无线充电器连接，并将手机额定充电功率Pn发送给所述蓝牙模块；然后每间隔设定时间将手机当前的充电功率Pnow发送给所述蓝牙模块；
步骤3：所述控制模块从蓝牙模块接收当前手机的额定充电功率Pn，同时每间隔设定时间从所述蓝牙模块获取手机当前的充电功率Pnow，并记录上一刻获取到的手机充电功率Plast；
首先，所述控制模块采用PID算法控制，计算下一刻手机需要达到的充电功率P，如式1所示：
P＝kp*enow+ki*∑enow+kd*(enow-elast) (1)
enow＝Pnow-Pn (2)
elast＝Plast-Pn (3)
Pout＝k1*P (4)
Uout＝k2*P (5)
其中，kp、ki、kd分别为PID算法控制的比例系数、积分系数和微分系数；enow表示手机当前的充电功率Pnow和额定充电功率Pn之差，elast表示上一刻获取到的手机充电功率Plast和额定充电功率Pn之差；Pout表示无线充电器下一刻的发射功率，k1为比例常数；Uout为所述DC-AC电路下一刻输出的逆变交流电的电压，k2为比例常数；
然后，所述控制模块采用正弦脉宽调制SPWM控制法使得DC-AC电路输出的逆变交流电的电流频率为20KHz～100KHz，同时采用脉宽调制PWM波使得DC-AC电路输出的逆变交流电的电压为Uout，进而实现手机充电功率的调整；
最后，将DC-AC电路通过所述控制模块逆变的交变电流输入所述无线发射线圈，实现无线充电；
步骤4：控制模块将从蓝牙模块当中获取的手机的额定充电功率Pn、手机当前的充电功率Pnow和无线充电器下一刻的发射功率Pout通过显示模块显示。
本发明的进一步技术方案是：所述设定时间为0.1秒。
本发明的进一步技术方案是：所述显示模块刷新间隔时间为0.1s。
有益效果
本发明的有益效果在于：无线充电器通过蓝牙模块和手机APP相连，手机APP通过蓝牙在充电开始1秒后将手机的额定充电功率发送给无线充电器，随后每隔0.1秒将手机当前的充电功率发送给无线充电器，无线充电器的控制模块根据手机当前的充电功率和额定充电功率之差，控制模块采用PID算法调整DC-AC电路的控制信号，从而控制手机无线充电功率从0快速、平稳、无超调地达到额定功率并稳定在额定充电功率。
附图说明
图1为本发明涉及到的各个模块的连接图。
图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的其中一个实施方案的结构连接图如图1所示，包括：外壳、显示模块、电源接口、AC-DC电路、DC-AC电路、无线发射线圈、控制模块、蓝牙模块。其中虚线绘制的方框表示外壳，由图1可知，显示模块、电源接口均是部分处于外壳内、部分处于外壳外，AC-DC电路、DC-AC电路、无线发射线圈、控制模块、蓝牙模块均全部处于外壳内，所以电源接口和外壳连接部位通过加装灌胶做好防水措施。
如图1所示，本发明的其中一个实施方案的结构连接图中，除外壳位置指引箭头之外的所有以实线表示的箭头代表电流和功率的流向，即电气连接；所有以虚线表示的箭头代表信号的流向，即信号连接。
如图1所示，家用充电插座输出的电流和功率依次流经电源接口、AC-DC电路、DC-AC电路、无线发射线圈。所述AC-DC电路(将交流变换为直流)的电流输入端和电源接口的电流输出端相连，所述AC-DC电路的电流输出端和DC-AC电路(将直流变换为交流)的电流输入端直接相连，将从家用充电插座中获取到的交流电整流为直流电。
所述DC-AC电路的电流输出端和无线发射线圈的电流输入端直接相连，控制模块采用SPWM法对所述DC-AC电路进行控制，使AC-DC电路整流得到的直流电逆变为频率为20KHz的交流电。
因为显示模块、控制模块、蓝牙模块上面消耗的功率比无线充电器在手机充电功率为额定功率状态下的发射功率小两个数量级以上，所以忽略这三个模块上面所消耗的功率。
控制模块从蓝牙模块接收信号，并将控制信号传输到显示模块和DC-AC电路中。
如图2所示，本发明其中一个实施方案的控制流程如下：
手机端安装和本产品配套的手机APP，手机APP可以读取手机当前充电功率和设置手机的额定充电功率，并能够通过手机蓝牙将当前的充电功率和额定充电功率直接发送给所述蓝牙模块，所述蓝牙模块通过蓝牙和手机相连，并从手机APP中接收手机的额定充电功率和当前的充电功率，在无线充电器和手机蓝牙连接1秒过后，手机APP将手机的额定充电功率发送给所述蓝牙模块，在发送额定功率之后，每隔0.1秒，手机APP将手机当前的充电功率发送给所述蓝牙模块。
步骤1：在手机端通过蓝牙将手机和无线充电器连接起来。
步骤2：查阅得到手机的额定充电功率，并在手机端将手机的额定充电功率发送给无线充电器，手机端每隔0.1秒将手机目前的充电功率发送给无线充电器，此过程可以通过后期开发的手机APP实现。
步骤3：控制模块从蓝牙模块当中获取得到当前手机所需要的额定充电功率Pn，同时每隔一定时间从蓝牙模块获取手机当前的充电功率Pnow并记录上一次获取到的手机充电功率Plast；
首先，所述控制模块采用PID算法(Proportion Integral Differential)控制，计算下一刻手机需要达到的充电功率P，如式(4)所示：
P＝kp*enow+ki*∑enow+kd*(enow-elast) (6)
enow＝Pnow-Pn (7)
elast＝Plast-Pn (8)
Pout＝k1*P (9)
Uout＝k2*P (10)
其中kp、ki、kd分别为PID控制的比例系数、积分系数和微分系数；enow表示手机当前的充电功率Pnow和额定充电功率Pn之差，elast表示上一刻获取到的手机充电功率Plast和额定充电功率Pn之差；P表示下一刻手机需要达到的充电功率；Pout表示无线充电器下一刻的发射功率，k1为比例常数；Uout为所述DC-AC电路下一刻输出的逆变交流电的电压，k2为比例常数。
所述控制模块根据Uout的值调整DC-AC电路中控制开关管开通与关断的PWM波的占空比；从而达到调整无线发射线圈发射功率的目的，进而调整手机的充电功率，可以实现手机无线充电功率从0快速、平稳、无超调地达到额定功率。
步骤4：控制模块将从蓝牙模块当中获取的手机的额定充电功率、手机当前的充电功率和无线充电器当前的发射功率通过显示模块显示，显示模块采用OLED显示屏。显示模块刷新频率过快将会导致用户无法看清显示屏的数据，因此间隔大约0.1s刷新一次显示屏的数据。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种无线充电器，其特征在于：包括外壳、蓝牙模块、电源接口、AC-DC电路、DC-AC电路、控制模块、显示模块和无线发射线圈；所述蓝牙模块、AC-DC电路、DC-AC电路、控制模块和无线发射线圈均安装于所述外壳内；所述显示模块设置于所述外壳的外表面，通过导线与所述控制模块连接；所述电源接口安装于所述外壳的开孔处，其一端与外接电源连接，另一端依次通过导线与AC-DC电路、DC-AC电路、无线发射线圈连接；所述无线发射线圈用于发射无线充电功率；
所述控制模块采用正弦脉宽调制SPWM法对所述DC-AC电路进行控制，使AC-DC电路整流得到的直流电逆变为交流电；所述蓝牙模块与所述控制模块通过数据传输线连接，通过数据传输线将接收到的充电功率数据发送给所述控制模块。
2.根据权利要求1所述无线充电器，其特征在于：所述电源接口和所述外壳的连接处通过胶粘保证防水密封。
3.根据权利要求1所述无线充电器，其特征在于：所述频率DC-AC电路输出频率为20KHz～100KHz的交流电。
4.根据权利要求1所述无线充电器，其特征在于：所述显示模块采用OLED显示屏。
5.权利要求1所述无线充电器的控制方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：在手机上安装所述无线充电器的应用软件APP，使用APP读取手机当前充电功率和设置手机的额定充电功率；
步骤2：通过蓝牙将手机和无线充电器连接，并将手机额定充电功率Pn发送给所述蓝牙模块；然后每间隔设定时间将手机当前的充电功率Pnow发送给所述蓝牙模块；
步骤3：所述控制模块从蓝牙模块接收当前手机的额定充电功率Pn，同时每间隔设定时间从所述蓝牙模块获取手机当前的充电功率Pnow，并记录上一刻获取到的手机充电功率Plast；
首先，所述控制模块采用PID算法控制，计算下一刻手机需要达到的充电功率P，如式1所示：
P＝kp*enow+ki*∑enow+kd*(enow-elast) (1)
enow＝Pnow-Pn (2)
elast＝Plast-Pn (3)
Pout＝k1*P (4)
Uout＝k2*P (5)
其中，kp、ki、kd分别为PID算法控制的比例系数、积分系数和微分系数；enow表示手机当前的充电功率Pnow和额定充电功率Pn之差，elast表示上一刻获取到的手机充电功率Plast和额定充电功率Pn之差；Pout表示无线充电器下一刻的发射功率，k1为比例常数；Uout为所述DC-AC电路下一刻输出的逆变交流电的电压，k2为比例常数；
然后，所述控制模块采用正弦脉宽调制SPWM控制法使得DC-AC电路输出的逆变交流电的电流频率为20KHz～100KHz，同时采用脉宽调制PWM波使得DC-AC电路输出的逆变交流电的电压为Uout，进而实现手机充电功率的调整；
最后，将DC-AC电路通过所述控制模块逆变的交变电流输入所述无线发射线圈，实现无线充电；
步骤4：控制模块将从蓝牙模块当中获取的手机的额定充电功率Pn、手机当前的充电功率Pnow和无线充电器下一刻的发射功率Pout通过显示模块显示。
6.根据权利要求5所述无线充电器的控制方法，其特征在于：所述设定时间为0.1秒。
7.根据权利要求5所述无线充电器的控制方法，其特征在于：所述显示模块刷新间隔时间为0.1s。
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