CN110518678A - 一种恒流充电的多负载无线充电系统 - Google Patents

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张章
周小娟
谢玉磊
程心
解光军
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Abstract

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种恒流充电的多负载无线充电系统，其由发送端电路和接收端电路互感耦合构成，发送端电路由直流电源、滤波电容、逆变电路、发送线圈、原边补偿电容、原边等效串联电阻以及原边控制模块构成。本发明原边与副边线圈电感补偿拓扑结构为串联‑串联补偿，在多负载无线充电系统中降低了各负载间以及负载端与发送端间的相互影响，发送端通过对接收的各负载端所返回的工作状态数据进行分析对发送电路的参数进行动态调整，避免了发送端与接收端之间的双向通信，降低了系统的复杂性，系统对负载的的数量及放置位置具有很好的适应性，为多个负载进行无线充电时使用更为便捷。

Description

一种恒流充电的多负载无线充电系统
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种恒流充电的多负载无线充电系统。
背景技术
近年来，越来越多的电子产品走进了我们的生活，相关的电能供应，即充电问题都是通过电线插头连接插座来进行的。错综复杂的电线既影响了电器移动的灵活性，又破坏了环境的美观。基于上述情形，灵活、安全、便利的无线电能传输技术的应用愈发显得迫切和紧要。
随着消费电子产品的大量出现,其充电器的种类也越来越繁多,因此设计一种单一、简单的充电平台的构想日益引起人们的关注。同时在实际应用中，为保证电子产品中电池的使用寿命以及足够高的充电效率，需要对电池进行恒流充电。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种恒流充电的多负载无线充电系统，它可以实现提供一种能够用于多负载的无线恒流充电系统。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种恒流充电的多负载无线充电系统，其由发送端电路和接收端电路互感耦合构成，
所述发送端电路由直流电源、滤波电容、逆变电路、发送线圈、原边补偿电容、原边等效串联电阻以及原边控制模块构成，直流电源与滤波电容相并联为逆变电路供电，发送线圈、原边补偿电容以及原边等效串联电阻串联连接，与逆变电路两个桥臂相连接，原边控制模块输出PWM波，并控制逆变电路的工作状态；
所述接收端电路由接收线圈、副边补偿电容、副边等效串联电阻、全桥整流电路、滤波电容、DC-DC变换器、负载电池以及副边控制模块构成，接收线圈、副边补偿电容以及副边等效串联电阻相串联，经全桥整流电路并接在滤波电容两端，滤波电容、DC-DC变换器以及电池负载并联连接，副边控制模块输出PWM波，并控制DC-DC变换器开关管的导通与断开。
进一步地，所述原边控制模块包含电流检测电路、包络检波电路及MCU，其通过对接收端发送的数据包进行解析以及对发送端电流进行检测，原边控制模块中的MCU调节PWM波输出参数，使发送端电流可以在发送线圈覆盖范围内产生足够强的磁场分布。
进一步地，所述副边控制模块包含LDO、电流检测电路、通讯调制电路以及MCU，LDO产生稳定电压为MCU供电，MCU控制通讯调制电路向原边控制模块返回负载电压及电流等状态信息，通过电流检测电路对充电电流进行检测，并与设定值比较，MCU用于动态调节PWM波输出参数，控制DC-DC的输出电压，使负载电池处于恒流充电状态。
进一步地，在所述原边控制模块设置一个电流阈值，当检测到的发送端电流低于设定值时，电路处于正常工作状态，当发送端电流高于设定值时，发送端电路处于待机状态，每隔一段时间输出PWM波检测负载状态。
进一步地，所述发送端与各接收端补偿电容均与线圈电感串联连接，减小各接收端之间以及接收端与发送端之间的相互影响。
进一步地，所述接收端与发送端之间通信为单向通信，且通信模块启用时间很短，即各接收端在启动工作时将电压、电流以及接收端编号等信息返回至发送端，作为发送端调节电路参数的依据，当接收端均正常工作时，通信结束，各接收端自主调节充电参数。
本发明的有益效果：1.本发明中原边与副边线圈电感补偿拓扑结构为串联-串联补偿，在多负载无线充电系统中降低了各负载间以及负载端与发送端间的相互影响，发送端通过对接收的各负载端所返回的工作状态数据进行分析对发送电路的参数进行动态调整，避免了发送端与接收端之间的双向通信，降低了系统的复杂性，系统对负载的的数量及放置位置具有很好的适应性，为多个负载进行无线充电时使用更为便捷。
2.本发明中各负载端对充电电流独立进行调节，可根据使用要求对每个负载电池的充电参数进行设定，同时通讯模块采用ASK调制方式，仅在启动阶段工作，保证了在充电阶段能量的稳定传输，使负载端工作在恒流充电状态。
3.本发明中发送端通过对电流进行检测来判断发送线圈覆盖范围内是否有负载端存在，以及发送线圈能否产生足够强的磁场分布供各接收端从中拾取能量，从而对发送端工作状态进行调节，提高了多负载无线充电系统的充电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明的整体框架结构示意图；
图2为本发明中发送线圈的结构示意图；
图3为本发明中原边控制模块的框架结构示意图；
图4为本发明中发送端与接收端的通信和控制流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种恒流充电的多负载无线充电系统，由发送端电路和接收端电路互感耦合构成，发送端电路由直流电源U0、滤波电容C0、逆变电路Q1-Q4、发送线圈电感LS、原边补偿电容CS、原边等效串联电阻RS以及原边控制模块构成。直流电源与滤波电容相并联为逆变电路供电，发送线圈、原边补偿电容以及原边等效串联电阻串联连接，与逆变电路两个桥臂相连接，原边控制模块输出PWM波控制逆变电路的工作状态。
接收端电路由接收线圈电感Ll、副边补偿电容Cl、副边等效串联电阻Rl、全桥整流电路、滤波电容Crec、DC-DC变换器、电池等效串联电阻RLS、电池等效并联电阻RLP、电池等效并联电容CLP以及副边控制模块构成。接收线圈、副边补偿电容以及副边等效串联电阻相串联，经全桥整流电路并接在滤波电容两端，滤波电容、DC-DC变换器以及电池负载并联连接，副边控制模块输出PWM波控制DC-DC变换器开关管的导通与断开。
参见图2，多负载无线充电系统的发送线圈为一20x20cm2的方形结构，可以容纳更多的接收端，内圈线圈间距逐步缩小，在线圈平面内形成均匀的电流密度分布，从而在发送线圈覆盖范围内产生均匀的磁场分布，各接收端在不同位置处从磁场中所能拾取的能量较为均衡，为避免折角处磁场强度过强对系统参数调节造成的不利影响，对线圈的折角做了钝化处理，进一步降低接收端对位置的敏感度。
参见图3，原边控制模块包含电流检测电路、包络检波电路及MCU，通过对接收端发送的数据包进行解析以及对发送端电流进行检测，原边控制模块中的MCU调节PWM波输出参数，使发送端电流可以在发送线圈覆盖范围内产生足够强的磁场分布。副边控制系统包含LDO、电流检测电路、通讯调制电路以及MCU，LDO产生稳定电压为MCU供电，MCU控制通信调制电路向原边返回负载电压及电流等状态信息，通过电流检测电路对充电电流进行检测，并与设定值比较，MCU可以动态调节PWM波输出参数，控制DC-DC的输出电压，使负载电池处于恒流充电状态。
参见图4，在原边控制模块设置一个电流阈值，当检测到的发送端电流低于设定值时，系统处于正常充电状态，当发送端电流高于设定值时，发送端电路处于待机状态，每隔一段时间输出PWM波检测负载状态。系统处于充电状态时，接收端与发送端之间通信为单向通信，且通信模块启用时间很短，即各接收端在启动工作时将电压、电流以及接收端编号等信息通过ASK调制方式返回至发送端，作为发送端调节电路参数的依据，当接收端均正常工作时，通信结束，各接收端自主调节充电参数，通过对充电电流的检测，与设定值相比较，控制副边MCU输的PWM波占空比来调节DC-DC变换器的输出电压，从而调节负载电池的充电电流。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种恒流充电的多负载无线充电系统，其特征在于，其由发送端电路和接收端电路互感耦合构成，
所述发送端电路由直流电源、滤波电容、逆变电路、发送线圈、原边补偿电容、原边等效串联电阻以及原边控制模块构成，直流电源与滤波电容相并联为逆变电路供电，发送线圈、原边补偿电容以及原边等效串联电阻串联连接，与逆变电路两个桥臂相连接，原边控制模块输出PWM波，并控制逆变电路的工作状态；
所述接收端电路由接收线圈、副边补偿电容、副边等效串联电阻、全桥整流电路、滤波电容、DC-DC变换器、负载电池以及副边控制模块构成，接收线圈、副边补偿电容以及副边等效串联电阻相串联，经全桥整流电路并接在滤波电容两端，滤波电容、DC-DC变换器以及电池负载并联连接，副边控制模块输出PWM波，并控制DC-DC变换器开关管的导通与断开。
2.根据权利要求1所述的一种恒流充电的多负载无线充电系统,其特征在于，所述原边控制模块包括电流检测电路、包络检波电路及MCU，其通过对接收端发送的数据包进行解析以及对发送端电流进行检测，原边控制模块中的MCU调节PWM波输出参数，使发送端的电流可以在发送线圈覆盖范围内产生足够强的磁场分布。
3.根据权利要求1所述的一种恒流充电的多负载无线充电系统,其特征在于，所述副边控制模块包含LDO、电流检测电路、通讯调制电路以及MCU，LDO产生稳定电压为MCU供电，MCU控制通讯调制电路向原边控制模块返回负载电压及电流等状态信息，通过电流检测电路对充电电流进行检测，并与设定值比较，MCU用于动态调节PWM波输出参数，控制DC-DC的输出电压，使负载电池处于恒流充电状态。
4.根据权利要求1所述的一种恒流充电的多负载无线充电系统,其特征在于，在所述原边控制模块设置一个电流阈值，当检测到的发送端电流低于设定值时，电路处于正常工作状态，当发送端电流高于设定值时，发送端电路处于待机状态，每隔一段时间输出PWM波检测负载状态。
5.根据权利要求1所述的一种恒流充电的多负载无线充电系统,其特征在于，所述发送端与各接收端补偿电容均与线圈电感串联连接，减小各接收端之间以及接收端与发送端之间的相互影响。
6.根据权利要求1所述的一种恒流充电的多负载无线充电系统,其特征在于，所述接收端与发送端之间通信为单向通信，且通信模块启用时间很短，即各接收端在启动工作时将电压、电流以及接收端编号等信息返回至发送端，作为发送端调节电路参数的依据，当接收端均正常工作时，通信结束，各接收端自主调节充电参数。
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