一种无线充电发射端系统以及控制方法
技术领域
本发明涉及无线充电领域,特别是涉及一种无线充电发射端系统以及控制方法。
背景技术
随着智能终端的发展,无线充电逐渐成为高端智能终端的标配功能。由于充电器与智能终端之间以磁场传送能量,两者之间不用电线连接,充电器及智能终端都可以做到无导电接点外露,且无线充电可以实现相对来说的远距离无线电能的转换,使得智能终端的充电更加自由,因此,无线充电技术应用越来越广泛。
但目前的传统技术中,对于智能终端的无线充电系统中,无线充电发射端多以充电底座为主。基于Qi标准的无线充电发射底座由一个或多个线圈组成,在充电过程中,智能终端需要与发射底座紧密贴合,与发射底座里的一个线圈精准对位,才能实现高效的无线电能传输。而一旦智能终端和发射底座间的间距增加或对位不准,那么无线充电无法顺利进行。而采用高频无线充电标准Airfuel Alliance的系统,虽然通过提高工作频率,实现了充电距离和平面上自由度的一些增加,但其技术仍然基于发射线圈生成单一方向的磁场来对智能终端进行充电,所以仍然对智能终端摆放姿态有很多的要求,极大地限制了智能终端用户在无线充电时和智能终端的交互,限制了智能终端进行无线充电的自由度范围,用户体验不好。
发明内容
本发明至少在一定程度上解决上述技术问题之一,为此本发明提供一种无线充电发射端系统以及控制方法,其能够实现多线圈协同工作,支持更多种接收端设备的空间姿态,进而为无线充电接收端设备进行无线充电的自由度范围更大,极大改善用户体验。
一方面,本发明实施例提供一种无线充电发射端系统,包括:
至少两个发射线圈,用于同时向接收线圈发射电能;
至少两个发射电路单元,每个所述发射电路单元与每个所述发射线圈电性连接,用于向所述发射线圈提供电流;
检测电路,与每个所述发射电路单元均电性连接,用于检测每个所述发射线圈与所述接收线圈的耦合关系;
通信模块,用于获取每个所述发射线圈与所述接收线圈的所述耦合关系;以及
控制器,分别与所述检测电路、每个所述发射电路单元电性连接,用于根据所述耦合关系,控制每个所述发射电路单元输出的电流,以控制每个所述发射线圈的电流参数。
在一些实施例中,所述发射电路单元包括逆变电路,所述逆变电路分别与所述发射线圈、所述控制器以及外部直流电源电性连接,用于将外部直流电源所输出的直流电流转换为交流电流,并将所述交流电流传送至所述发射线圈。
在一些实施例中,
所述发射电路单元还包括DC/DC变换电路,所述DC/DC变换电路分别与所述外部直流电源、所述逆变电路以及所述控制器电性连接,用于调节所述外部直流电源的输出电压,并将调节后的电压传送至所述逆变电路。
在一些实施例中,所述发射电路单元还包括调谐/补偿电路,所述调谐/补偿电路分别与所述逆变电路、所述发射线圈以及所述控制器电性连接,用于对所述发射线圈进行动态调谐和补偿。
在一些实施例中,所述无线充电发射端系统还包括振荡器,所述振荡器与所述控制器电性连接,用于提供时钟信号。
在一些实施例中,每个所述发射线圈上的电流之间相位相干,以及每个所述发射线圈生成的磁场的方向不平行。
在一些实施例中,每个所述发射线圈之间的磁场耦合系数小于预设阈值。
第二方面,本发明实施例提供一种无线充电发射端控制方法,应用于如上所述的无线充电发射端系统,所述方法包括:
获取检测信号,根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合关系;
根据所述耦合关系,确定每一个所述发射线圈上的电流参数;
根据所述电流参数,确定并生成控制信号,以分别控制所述至少两个发射电路单元按照所述电流参数为所述至少两个发射线圈提供电流。
在一些实施例中,所述耦合关系包括耦合强度,所述电流参数包括电流强度;
所述发射电路单元包括逆变电路,所述逆变电路分别与所述发射线圈、所述控制器以及外部直流电源电性连接,用于将外部直流电源所输出的直流电流转换为交流电流,并将所述交流电流传送至所述发射线圈;
所述根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合关系,包括:
根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合强度;
所述根据所述耦合关系,确定每一个所述发射线圈上的电流参数,还包括:
根据所述耦合强度,确定每一个所述发射线圈上的电流强度。
在一些实施例中,所述检测信号包括所述逆变电路的等效负载的输入阻抗。
在一些实施例中,所述输入阻抗和所述耦合强度呈正比例关系。
在一些实施例中,所述耦合强度越大,所述发射线圈上的电流强度越大。
在一些实施例中,所述检测信号包括所述接收线圈的接收信号参数。
在一些实施例中,所述发射电路单元还包括DC/DC变换电路,所述DC/DC变换电路分别与所述外部直流电源、所述逆变电路以及所述控制器电性连接,所述控制信号包括第一控制信号,所述第一控制信号作用于所述DC/DC变换电路,所述根据所述电流参数,确定控制信号,包括:
根据所述电流强度,确定所述第一控制信号,以控制所述DC/DC变换电路的输出电压。
在一些实施例中,所述耦合关系包括耦合作用关系,所述电流参数包括电流相位关系;
所述根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合关系,还包括:
根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合作用关系;
所述根据所述耦合关系,确定每一个所述发射线圈上的电流参数,还包括:
根据所述耦合作用关系,确定每一个所述发射线圈之间的电流相位关系。
在一些实施例中,所述接收信号参数包括第一接收信号参数、第二接收信号参数以及第三接收信号参数;
所述根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合作用关系,包括:
控制所述至少两个发射线圈中的第一发射线圈,单独向接收线圈发射电能,并通过所述通信模块获取所述第一接收信号参数;
控制所述至少两个发射线圈中的第二发射线圈,单独向接收线圈发射电能,并通过所述通信模块获取所述第二接收信号参数;
控制所述至少两个发射线圈中的第一发射线圈和第二发射线圈,同时向接收线圈发射电能,并通过所述通信模块获取所述第三接收信号参数;
根据所述第一接收信号参数、所述第二接收信号参数以及所述第三接收信号参数确定所述第一发射线圈和第二发射线圈与所述接收线圈之间的耦合作用关系。
在一些实施例中,所述耦合作用关系包括正耦合关系和负耦合关系;
所述根据所述第一接收信号参数和所述第二接收信号参数以及所述第三接收信号参数确定所述第一发射线圈和第二发射线圈与所述接收线圈之间的耦合作用关系,包括:
如果所述第三接收信号参数大于或者等于所述第一接收信号参数和所述第二接收信号参数中的最大值,则所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈正耦合关系;
如果所述第三接收信号参数小于所述第一接收信号参数和所述第二接收信号参数中的最大值,则所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈负耦合关系。
在一些实施例中,所述根据所述耦合作用关系,确定每一个所述发射线圈之间的电流相位关系,包括:
若所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈正耦合关系,则确定所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的电流相位相同;
若所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈负耦合关系,则确定所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的电流相位相反。
在一些实施例中,所述控制信号包括第二控制信号,所述第二控制信号用于驱动所述逆变电路,所述根据所述电流参数,确定控制信号,包括:
根据所述电流相位关系,确定所述第二控制信号的相位。
在一些实施例中,所述无线充电发射端系统还包括振荡器,所述振荡器与所述控制器电性连接,用于提供时钟信号,所述方法还包括:
获取所述时钟信号,并将所述时钟信号作为生成所述第二控制信号的基准信号。
在一些实施例中,所述方法还包括:
根据所述电流相位关系,调整所述基准信号之间的延时;
根据所述基准信号以及所述基准信号之间的延时,确定所述第二控制信号。
在一些实施例中,所述第二控制信号为PWM信号。
在一些实施例中,所述发射电路单元还包括调谐/补偿电路,所述调谐/补偿电路分别与所述逆变电路、所述发射线圈以及所述控制器电性连接,所述方法还包括:
根据所述逆变电路的等效负载的输入阻抗,调整所述调谐/补偿电路参数,以对所述发射线圈进行动态调谐和补偿。
本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果:在本发明中的无线充电发射端系统中,其包括至少两个发射线圈、至少两个发射电路单元、检测电路以及控制器,每个发射电路单元与每个发射线圈电性连接,检测电路与每个发射电路单元均电性连接,控制器分别与检测电路、每个发射电路单元电性连接,控制器根据每个发射线圈与接收线圈的耦合关系控制每个发射电路单元输出的电流,以控制每个发射线圈的电流参数。因此,每个发射线圈的电流可单独控制,以产生方向各异的磁场,控制器通过控制多路发射电路单元为每个发射线圈提供合适的电流幅度和电流相位,以实现对多线圈所产生的叠加磁场的控制,进而实现多线圈协同工作,支持接收端设备的多种空间姿态,扩大接收端设备的充电自由度,可以使得用户“边玩边充”,进而提升用户体验。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种无线充电发射端系统应用场景示意图。
图2a是本发明实施例提供的一种无线充电发射端系统的结构示意图。
图2b是本发明实施例提供的一种两个发射线圈结构示意图。
图2c是本发明实施例提供的一种两个发射线圈产生磁场以及叠加磁场的示意图。
图3是本发明另一实施例提供的一种无线充电发射端系统的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的一种无线充电发射端控制方法的流程图。
图5是本发明实施例提供的一种步骤S411的流程示意图。
图6是图5中步骤S4114的流程示意图。
图7是本发明实施例提供的一种步骤S421的流程示意图。
图8是本发明实施例提供一种无线充电发射端控制装置示意图。
图9是本发明实施例提供一种控制器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付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。
需要说明的是,如果不冲突,本发明实施例中的各个特征可以相互结合,均在本发明的保护范围之内。另外,虽然在装置示意图中进行了功能模块划分,在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于装置中的模块划分,或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。再者,本发明所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定,仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
请参阅图1,图1是本发明实施例提供的一种无线充电发射端系统应用场景示意图,如图1所示,无线充电发射端系统10应用于无线充电系统100,无线充电系统100包括无线充电发射端系统10以及无线充电接收端系统20,其中,无线充电接收端系统20可以存在于智能终端中,智能终端可以是任何类型,用以与无线充电发射端系统10建立耦合连接的智能装置,例如手机、平板电脑、手表或者智能遥控器等。无线充电发射端系统10可以存在于充电底座或者桌面等装置中。无线充电发射端系统10还与直流电源200电性连接,由直流电源200向无线充电发射端系统10供电,其中,直流电源200可以为市电经整流电路整流以后得到的电源。无线充电接收端系统20还与负载300电性连接,用于向负载300充电,一般情况下,该负载300为电池。当智能终端的电池需要充电时,无线充电发射端系统10将直流电源200的电能经过一系列的转换以后,通过其发射线圈发射出去,而发射线圈与无线充电接收端系统20中的接收线圈进行耦合连接,发射线圈向接收线圈发射电能,由接收线圈进行接收该电能,无线充电接收端系统20的内部电路再对该电能进行相应处理,以对负载300进行充电。传统技术中,发射线圈和接收线圈必须紧密贴合,紧密耦合,才能实现高效的无线电能传输,且不能支持稍远一些的充电距离或者不能支持智能终端的多种充电姿态(如立放,平放,用户与智能终端设备交互时的空间姿态等)。
请参阅图2a,图2a是本发明实施例提供的一种无线充电发射端系统,该无线充电发射端系统10包括至少两个发射线圈11、至少两个发射电路单元12、检测电路13、控制器14以及通信模块15,其中,图2a为两个发射线圈和两个发射电路单元,分别为第一发射电路单元121、第二发射电路单元122、第一发射线圈111以及第二发射线圈112,第一发射电路单元121与第一发射线圈111电性连接,第二发射电路单元122与第二发射线圈112电性连接,发射电路单元12用于向对应的发射线圈11提供电流,检测电路13分别与第一发射电路单元121和第二发射电路单元122电性连接,用于检测每个发射线圈11与接收线圈21的耦合关系,通信模块15与控制器14电性连接,也用于检测每个发射线圈与接收线圈的耦合关系,控制器14分别与检测电路13、第一发射电路单元121、第二发射电路单元122以及通信模块15电性连接,用于根据耦合关系,控制每个发射电路单元12输出的电流,以控制每个发射线圈11的电流参数,控制至少两个发射线圈11按照所述电流参数同时向接收线圈21发射电能。
直流电源200还分别与第一发射电路单元121和第二发射电路单元122电性连接,用于分别向第一发射电路单元121和第二发射电路单元122提供直流电源200,第一发射电路单元121和第二发射电路单元122分别将所述直流电源200转换为交流电流,再将交流电流提供给对应发射线圈11。
无线充电接收端系统20包括接收线圈21和接收端系统内部电路22,接收线圈21分别与第一发射线圈111和第二发射线圈112耦合连接,接收发射线圈11的电能,并将电能经接收端系统内部电路22处理以后,向电池进行充电。
该通信模块15与控制器14电性连接,无线充电发射端系统10和无线充电接收端系统20可以通过各自的通信模块15进行通信连接,无线充电发射端系统10的通信模块15接收无线充电接收端系统20的通信模块(图中未示出)发送的通信信息以后,将通信信息传送至控制器14,由控制器14根据该通信信息生成相应的控制信号。两者的通信模块可以在无线充电系统100工作频带外进行通信,实现信息传递。在一些实施例中,无线充电发射端系统10和无线充电接收端系统20通过对发射线圈11上的电流和接收线圈21上的电流进行调制和解调来实现通信的。
每个发射线圈11和接收线圈21之间的耦合关系不同,耦合关系反映每个发射线圈11和接收线圈21之间耦合强度和相位关系等,在一些实施例中,接收端负载开路时候,每个发射线圈11和接收线圈21之间耦合关系可以通过通信模块获取,在正式开始充电以后,接收端连接负载,每个发射线圈11和接收线圈21之间耦合关系可以通过检测模块获取。控制器14可以根据该耦合关系,确定每个发射线圈11的电流参数等,发射线圈11中一个发射线圈与接收线圈21之间的耦合相对其他发射线圈与接收线圈21之间的耦合越强,控制器14确定该耦合更强的发射线圈11上的电流相对其他发射线圈上的电流越大。例如:控制器14通过检测电路13获取到第一发射线圈111与接收线圈21的耦合关系,以及第二发射线圈112与接收线圈21的耦合关系,若第一发射线圈111与接收线圈21的耦合较强,第二发射线圈112与接收线圈21的耦合较弱,控制器14则确定第一发射线圈111上的电流强度较大,确定第二发射线圈112的电流强度较小。
即使接收端设备以不同的空中充电姿态进行充电时,该无线充电发射端系统10可以根据目前姿态下,每个发射线圈11和接收线圈21的耦合关系,对每个发射电路单元12进行相应的单独控制,以为每个发射线圈11提供合适的电流,每个发射线圈11上的电流均产生对应磁场,在接收端设备端则产生叠加的磁场,该叠加的磁场相交于单个发射线圈11工作产生的磁场可以有更大的幅度,且在方向上可以实现与接收线圈21更好的匹配,进而得到更好的耦合,进而使得该接收端以目前的充电姿态充电时,在更强的磁场和更好的耦合共同作用下,该系统能够实现更高的能量传输效率。例如:如图2b所示,图2b是本发明实施例提供的其中一种发射线圈结构,该至少两个发射线圈11包括第一平面线圈11a和第二平面线圈11b,第一平面线圈11a所在平面为第一平面,第二平面线圈11b所在平面为第二平面,第一平面线圈11a水平放置,第一平面和第二平面相交形成有相交线171。第一平面线圈11a和第二平面线圈11b相交,第二平面线圈11b设置于第一平面线圈11a的一侧,两个平面线圈各自的支撑结构(这里是印刷电路板PCB)17进行机械连接,两个线圈的相交线171即电路板的相交线。第一平面线圈11a和第二平面线圈11b产生的磁场如图2c所示,第一平面线圈11a产生的磁场为A磁场,第二平面线圈11b产生的磁场为B磁场,两个磁场在无线充电接收端系统20(图中以手机为例)处产生的叠加磁场为C磁场,该叠加的磁场相交于单个A磁场和单个B磁场可以有更大的幅度,且在方向上可以实现与接收线圈21更好的匹配,进而得到更好的耦合,能量传输效率更高。
检测电路13对发射电路单元12的多个物理量进行测量,并将检测信号发送至控制器14,以协助控制器14对系统的工作状态的控制。其中,检测电路13采集的信号包括并不局限于,发射电路单元12的直流输入电压、电流,交流输出电压、电流。在一些实施例中,检测电路13可以为多个,每个发射电路单元12对应一个检测电路13。
因此,该无线充电发射端系统10可以根据耦合关系,实现对每个发射电路单元12输出的电流进行单独控制,以单独控制每个发射线圈11的电流参数,使得每个发射线圈11按照所述电流参数同时工作,产生叠加磁场,向接收线圈21更好地发射电能,以使接收线圈21能够更好地接收电能,进而实现更高的能量传输效率。
在一些实施例中,至少两个发射线圈11可以通过一定的结构设计,使得至少两个发射线圈11所产生的磁场方向不平行,甚至接近正交,且每个发射线圈11上的电流之间相位相干,即每个发射线圈11上的电流相对相位稳定。在一些实施例中,每个发射线圈11之间的磁场耦合系数小于预设阈值,甚至可以达到零耦合,以减小每个发射线圈11之间的自耦合对电能传输的影响。
在一些实施例中,控制器14可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有,控制器14还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器14也可以被实现为计算设备的组合,例如,DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。
请参阅图3,图3是本发明实施例提供的一种无线充电发射端系统,图3以两个发射电路单元和两个发射线圈为例,该无线充电发射端系统10中的第一发射电路单元121包括第一逆变电路1211,该第一逆变电路1211分别与第一发射线圈111、控制器14以及直流电源200电性连接,用于将直流电源200所输出的直流电流转换为交流电流,并将交流电流传送至第一发射线圈111。同样地,第二发射电路单元122包括第二逆变电路1221,该第二逆变电路1221分别与第二发射线圈112、控制器14以及直流电源200电性连接,用于将直流电源200所输出的直流电流转换为交流电流,并将交流电流传送至第二发射线圈112。每个发射电路单元12中均包含一个逆变电路,一个逆变电路对应一个发射线圈11,控制器14直接为逆变电路提供驱动信号来驱动逆变电路工作,该驱动信号可以为脉宽调制(PWM)的开关信号。为每一路的逆变电路提供的脉宽调制信号均以同一频率信号为基准,保证其相干性。控制器14可以调整提供给每一路逆变电路的脉宽调制信号间的相位,以实现对每路发射线圈11上电流相位关系的控制,进而实现对所产生的组合磁场的方向的调整。另外,检测电路13包括第一检测电路131和第二检测电路132,第一检测电路131分别电性连接第一逆变电路1211和控制器14,第二检测电路132分别电性连接第二逆变电路1221和控制器14,检测电路13采集的信号还可以为逆变电路输出端口的等效负载的输入阻抗,可以为等效负载的输入阻抗的幅度、相位等,还可以采集系统的温度信号、逆变电路的直流输入电压和电流等,例如:第一检测电路131检测第一逆变电路1211输出端口的等效负载的第一输入阻抗,第二检测电路132检测第二逆变电路1221输出端口的等效负载的第二输入阻抗,并且,第一输入阻抗和第二输入阻抗均被传送至控制器14,由控制器14进行处理和分析,检测电路13检测的等效负载的输入阻抗可以反映该路发射线圈11与接收线圈21之间的耦合关系。
在一些实施例中,所述第一发射电路单元121还包括第一DC/DC变换电路1212,该第一DC/DC变换电路1212分别与直流电源200、第一逆变电路1211以及控制器14电性连接,用于调节直流电源200的输出电压,并将调节后的电压传送至第一逆变电路1211。同样地,所述第二发射电路单元122还包括第二DC/DC变换电路1222,该第二DC/DC变换电路1222分别与直流电源200、第二逆变电路1221以及控制器14电性连接,用于调节直流电源200的输出电压,并将调节后的电压传送至第二逆变电路1221。该第一DC/DC变换电路1212和第二DC/DC变换电路1222可以实现升降压作用,将直流电源200的输出电压进行升降压处理,得到合适的直流电压,该直流电压再分别作用于第一逆变电路1211以及第二逆变电路1221,由第一逆变电路1211以及第二逆变电路1221进行相应变换。控制器14可以控制第一DC/DC变换电路1212和第二DC/DC变换电路1222来调节提供给第一逆变电路1211以及第二逆变电路1221的输入直流电压,进而对第一逆变电路1211以及第二逆变电路1221输出给第一发射线圈111以及第二发射线圈112的电流幅度进行控制。
在一些实施例中,在接收端负载开路的情况下,在未正式开始充电前,分别激励发射线圈发射电能,接收线圈接收该电能,并将接收的电能信号以接收线圈接收参数的形式,通过通信模块15传输给无线充电发射端的控制器,控制器根据该接收线圈接收参数,确定每个发射线圈与接收线圈的耦合强度,进而确定每个发射线圈上的电流强度。
在一些实施例中,若至少两个发射线圈11为三线圈或者多线圈,每个发射线圈11对应一个发射电路单元12,且每个发射电路单元12均由同一个直流电源200为DC/DC变换电路供电。
在一些实施例中,所述第一发射电路单元121还包括第一调谐/补偿电路1213,该第一调谐/补偿电路1213分别与第一逆变电路1211、第一发射线圈111以及控制器14电性连接,用于对第一发射线圈111进行调谐和补偿。同样地,所述第二发射电路单元122还包括第二调谐/补偿电路1223,该第二调谐/补偿电路1223分别与第二逆变电路1221、第二发射线圈112以及控制器14电性连接,用于对第二发射线圈112进行调谐和补偿。第一发射线圈111和第一逆变电路1211通过第一调谐/补偿电路1213实现耦合,第二发射线圈112和第二逆变电路1221通过第二调谐/补偿电路1223实现耦合。在一些实施例中,调谐/补偿电路由固定的无源器件组成,实现对发射线圈11的静态调谐和补偿。在一些实施例中,调谐补偿电路包括有源器件(如开关),可以实现动态可调的调谐功能。控制器14可以根据检测电路13提供的检测信息(如逆变电路等效负载的输入阻抗)对调谐/补偿电路进行动态调整,使得逆变电路可以更加高效地工作。
在一些实施例中,该无线充电发射端系统10还包括振荡器16,振荡器16与控制器14电性连接,用于提供时钟信号。控制器14可以将振荡器16提供的时钟信号传送至每一个发射电路单元12中的逆变电路,作为生成驱动信号的基准,而控制器14再分配时钟信号的过程中可以调整两路基准信号之间的延时以实现对发射线圈11上电流相位和空间磁场方向的控制。
在一些实施例中,该接收端系统内部电路22包括整流电路221、第三DC/DC变换电路222、接收端控制器223以及接收端通信模块224,接收端控制器223控制整流电路221将接收线圈21接收到的交流功率转换成直流功率,并通过第三DC/DC变换电路222转换成可供负载300(图中以电池表示)充电的特定电压/电流的直流功率。接收端控制器223还用于通过接收端通信模块224与无线充电发射端系统10实现信息传递。
请继续参阅图3,该无线充电发射端系统10的工作原理可以描述如下:
为了实现对每个发射线圈11与接收线圈之间的耦合进行评估,以及后续对每个发射线圈11的电流的单独调节,每一个发射线圈11独享一个发射电路单元12。以两个发射电路单元和发射线圈为例,控制器14可以通过对两路发射电路单元12的控制,依次激励对应发射线圈11,再通过通信模块15来接收由接收端反馈的接收信号参数(如接收端的整流器输出电压)。控制器进而根据所述接收信号参数来确定每个发射线圈11与接收线圈21间的耦合关系。在两个发射电路单元12和发射线圈11同时工作时,也可以通过检测电路13检测每个发射线圈11与接收线圈21之间的耦合关系。控制器14根据该耦合情况计算两个发射线圈11上电流的合适组合,确定两个发射线圈11上的电流参数,并通过控制两路DC/DC变换电路的输出电压,和提供给两路逆变电路的时钟/PWM信号之间的相位的办法,控制每个发射电路单元12输出的电流,以控制两个发射线圈11的电流参数,进而达到调整空间磁场的方向和幅度的目的,实现更高的充电效率或者更远的充电距离。
因此,该无线充电发射端系统10可以根据每个发射线圈11和接收线圈21的耦合情况,控制每个发射电路单元12输出的电流,以控制每个发射线圈11的电流参数,使得发射线圈11之间协同工作,且达到合适的电流组合,进而实现对空间磁场的方向和幅度优化,以达到更高的充电效率、更远的充电距离以及对接收端设备更多空间姿态的支持。
请参阅图4,图4是本发明实施例提供的一种无线充电发射端控制方法,应用于上述无线充电发射端系统。如图4所示,该无线充电发射端控制方法S400包括:
S41、获取检测信号,根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合关系;
S42、根据所述耦合关系,确定每一个所述发射线圈上的电流参数;
S43、根据所述电流参数,确定并生成控制信号,以分别控制所述至少两个发射电路单元按照所述电流参数为所述至少两个发射线圈提供电流。
该控制方法可以根据耦合关系,确定每一个发射线圈上的电流参数,控制器根据确定的电流参数,确定并生成控制信号,通过控制信号控制至少两个发射电路单元按照所述电流参数为所述至少两个发射线圈提供电流,以达到合适的电流组合,进而实现更加优化的叠加磁场的幅度和方向,以提高无线电能传输效率,支持更多接收端设备充电姿态。
在一些实施例中,耦合关系包括耦合强度,电流参数包括电流强度,检测信号可以为检测电路采集的信号,其可以为逆变电路的等效负载的输入阻抗,该输入阻抗反映对应发射线圈和接收线圈之间的耦合强度,在所述逆变电路的输出电流的电流强度相等且所述输出电流的电流相位相同时,输入阻抗和耦合强度呈正比例关系,输入阻抗越大,耦合强度越大,即耦合越紧密,因此,控制器可以根据该检测信号,确定每一个发射线圈和接收线圈之间的耦合强度,再根据该耦合强度,确定每一个发射线圈上的电流强度,以使发射电路单元按照对应电流强度为发射线圈提供电流。另外,控制器可以根据逆变电路的等效负载的输入阻抗动态调整调谐/补偿电路参数,使得逆变电路更加高效地工作,且对发射线圈进行动态调谐和补偿。
在一些实施例中,当接收端负载开路时,检测信号包括接收线圈的接收信号参数,其可以通过通信模块获取该检测信号,控制器同样可以根据该接收信号参数,确定每个发射线圈与接收线圈的耦合强度,进而确定每一个发射线圈上的电流强度。
在一些实施例中,耦合强度越大,确定对应发射线圈上的电流强度越大。在另一些实施例中,耦合强度和发射线圈上的电流成正比。
在一些实施例中,所述控制信号包括第一控制信号,所述第一控制信号作用于所述DC/DC变换电路,控制器可以通过控制DC/DC变换电路的输出电压来调整每个发射线圈上的电流强度,具体地,控制器根据电流强度,确定第一控制信号,进而控制每个发射线圈上的电流强度,以实现对每个发射线圈上电流产生的空间磁场的强度的调节和控制,进而实现对叠加磁场的幅度优化,以达到更优的充电效率。
在一些实施例中,所述耦合关系包括耦合作用关系,所述电流参数包括电流相位关系,若所述检测信号为所述通信模块获取的信号,检测信号为每一个无线充电发射端系统和无线充电接收端系统之间的通信信号,其可以反映每一个发射线圈和接收线圈之间的耦合作用关系。因此,步骤S41包括:
S411、根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合作用关系;
控制器可以根据该检测信号,确定每一个发射线圈和接收线圈之间的耦合作用关系,再根据该耦合作用关系,确定每一个发射线圈之间的电流相位关系,以控制每一个发射线圈上电流产生的磁场方向,实现对叠加磁场的方向优化,进而实现对接收端设备更多空间姿态的支持。因此,步骤S42包括:
S421、根据所述耦合作用关系,确定每一个所述发射线圈之间的电流相位关系。
在一些实施例中,检测信号包括接收线圈的接收信号参数,其反映接收线圈的接收性能,无线充电接收端系统包括整流电路,其将接收线圈接收到的交流电流转换成直流电流,该直流电流再经无线充电接收端系统中的DC/DC变换电路转换为可供电池充电的特定电压/电流的直流功率。在充电系统开始工作前,接收端设备开始充电前,无线充电接收端系统中的整流电路的负载接近开路,若发射端控制发射电路单元以某一特定交流电流强度驱动对应发射线圈,接收端通过接收线圈与发射线圈之间的耦合感应出交流电压,并通过整流电路得到直流电压,无线充电接收端系统再启动其通信模块将该直流电压值报告给无线充电发射端系统,该直流电压即为接收信号参数,直流电压值的大小则反映接收线圈的接收性能。
在一些实施例中,接收信号参数包括第一接收信号参数、第二接收信号参数以及第三接收信号参数,请参阅图5,步骤S411包括:
S4111、控制所述至少两个发射线圈中的第一发射线圈,单独向接收线圈发射电能,并通过所述通信模块获取所述第一接收信号参数;
S4112、控制所述至少两个发射线圈中的第二发射线圈,单独向接收线圈发射电能,并通过所述通信模块获取所述第二接收信号参数;
S4113、控制所述至少两个发射线圈中的第一发射线圈和第二发射线圈,同时向接收线圈同相发射电能,并通过所述通信模块获取所述第三接收信号参数;
S4114、根据所述第一接收信号参数、所述第二接收信号参数以及所述第三接收信号参数确定所述第一发射线圈和第二发射线圈与所述接收线圈之间的耦合作用关系。
上述步骤均在系统开始充电之前完成,接收信号参数可以为接收电压,也可以为接收电流,根据第一接收信号参数、第二接收信号参数以及第三接收信号参数的大小关系,可以确定每个发射线圈与接收线圈之间的耦合作用关系。
在一些实施例中,耦合作用关系包括正耦合关系和负耦合关系,请参阅图6,步骤S4114包括:
S41141、如果所述第三接收信号参数大于或者等于所述第一接收信号参数和所述第二接收信号参数中的最大值,则所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈正耦合关系;
S41142、如果所述第三接收信号参数小于所述第一接收信号参数和所述第二接收信号参数中的最大值,则所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈负耦合关系。
正耦合关系代表发射线圈的电流越大,接收线圈接收到的电流越大,负耦合关系代表某一个发射线圈的电流越大,接收线圈接收到的电流反而越小。
在系统开始工作,接收端开始充电时,按照该耦合作用关系,确定每个发射线圈之间的电流相位关系,请参阅图7,步骤S421包括:
S4211、若所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈正耦合关系,则确定所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的电流相位相同;
S4212、若所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈负耦合关系,则确定所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的电流相位相反。
通过发射线圈和接收线圈之间的耦合作用关系,确定发射线圈之间的电流相位关系,以使得发射线圈上的电流产生的叠加磁场相对于一个发射线圈上的电流产生的磁场幅度更强,方向更合适,更有利于接收端线圈接收电能。
为了更好地描述如何根据检测信号,确定每一个发射线圈和接收线圈之间的耦合关系,以及根据耦合关系,确定每一个发射线圈上的电流参数,现简单举例说明该过程。在接收端充电开始前,接收端整流电路的负载300接近开路。首先由至少两个发射电路单元中的第一发射电路单元以一个特定交流电流(如1A)驱动至少两个发射线圈中的第一发射线圈,使得第一发射线圈单独向接收线圈发射电能,接收端这时通过接收线圈与第一发射线圈间的耦合感应出交流电压,并通过整流电路得到直流电压Va,接收端启动通信模块将Va的值报告给发射端的控制器。
其次,由至少两个发射电路单元中的第二发射电路单元以一个特定交流电流(如1A)驱动至少两个发射线圈中的第二发射线圈,使得第二发射线圈单独向接收线圈发射电能,接收端这时通过接收线圈与第二发射线圈间的耦合感应出交流电压,并通过整流电路得到直流电压Vb,接收端启动通信模块将Vb的值报告给发射端的控制器。
最后,由第一发射电路单元和第二发射电路单元同时以一个特定交流电流(如1A)同相第一发射线圈和第二发射线圈,接收端这时通过接收线圈与第一发射线圈和第二发射线圈间的耦合感应出交流电压,并通过整流电路得到直流电压Va+b,接收端启动通信模块将Va+b的值报告给发射端的控制器。
发射端的控制器通过对三个电压的比较得到几个关键控制参数:Va和Vb的比例近似等于接收线圈与两路发射线圈耦合的比例关系,根据Va和Vb的参数大小确定对应发射线圈的电流强度,后续可以按照这个比例分配电流,以得到更好的系统效率,耦合系数大的发射线圈会被分配到更高的电流。
若Va+b大于或等于Max(Va,Vb),说明接收线圈与两个发射线圈间的耦合呈正耦合关系,即同相关系,在确定两路发射电流参数时,则以同相驱动两路发射线圈,确定两路发射线圈上的电流为同相位,若Va+b小于Max(Va,Vb),则说明接收线圈与两个发射线圈间的耦合呈负耦合关系,即反相关系,在确定两路发射电流参数时,则以反相驱动两路发射线圈,确定两路发射线圈上的电流为反相位。
在确定好发射线圈上电流参数的合适组合(同相或反相,幅度比例)后,发射端的控制器控制发射电路单元按组合驱动两个发射线圈,接收端开启充电电路为电池充电。接收端通过通信模块实时汇报给发射端整流器输出电压,发射端则通过对两路发射电路单元的控制,按前面确定的电流比例(Va/Vb)调整发射线圈电流的幅度以及相位以实现接收端整流器输出电压相对稳定,以及实现对叠加磁场的幅度优化和方向优化,以达到更优的充电效率。
在充电过程中,若接收端位置发生变化,在发射端的两路检测电路监测到的两路逆变电路的等效负载的输入阻抗中可以反映出来。等效负载的输入阻抗实部变大的一路耦合变强,变小的一路耦合变弱,根据该变化可以调整两路发射线圈上电流的比例(同样是耦合强的电流大)实现对接收端的“跟踪”,进一步提高充电效率。
在一些实施例中,确定每一个发射线圈之间的电流相位关系以后,根据该电流相位关系,确定控制信号,控制器通过控制信号调整发射线圈的电流相位。控制信号包括第二控制信号,所述第二控制信号用于驱动所述逆变电路,具体地,根据电流相位关系,确定第二控制信号的相位。即若第二控制信号为PWM信号,则控制器根据每个发射线圈协同工作的需要,调整提供给每一路的逆变电路的PWM信号的相位,以实现对每个发射线圈上电流相位关系的控制,进而实现对所产生的组合磁场的方向的调整。
在一些实施例中,控制器获取振荡器提供的时钟信号,并将时钟信号作为生成第二控制信号的基准信号。即控制器会将振荡器提供的时钟信号传递给每一路逆变电路作为生成驱动信号的基准,而控制器在分配时钟信号的过程中可以调整至少两路基准信号之间的延时以实现对发射线圈上电流相位和空间磁场方向的控制。
综上所述,该无线充电发射端控制方法通过检测信号对接收线圈与每个发射线圈之间的耦合情况进行评估和实时更新,进而确定为每个发射线圈提供的电流之间的幅度比例和相位关系,确定合适的电流组合,进而确定合适的叠加磁场的幅度和方向,以实现多线圈协同工作为接收端无线充电,提高无线电能传输效率,支持接收端设备的不同充电姿态。
需要说明的是,在上述各个实施例中,上述各步骤之间并不必然存在一定的先后顺序,本领域普通技术人员,根据本发明实施例的描述可以理解,不同实施例中,上述各步骤可以有不同的执行顺序,亦即,可以并行执行,亦可以交换执行等等。
作为本发明实施例的另一方面,本发明实施例提供一种无线充电发射端控制装置。其中,无线充电发射端控制装置可以为软件模块,所述软件模块包括若干指令,其存储在电调中的存储器内,处理器可以访问该存储器,调用指令进行执行,以完成上述各个实施例所阐述的无线充电发射端控制方法。
在一些实施例中,无线充电发射端控制装置亦可以由硬件器件搭建成的,例如,无线充电发射端控制装置可以由一个或两个以上的芯片搭建而成,各个芯片可以互相协调工作,以完成上述各个实施例所阐述的无线充电发射端控制方法。再例如,无线充电发射端控制装置还可以由各类逻辑器件搭建而成,诸如由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA) 、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合而搭建成。
请参阅图8,图8是本发明实施例提供一种无线充电发射端控制装置,该无线充电发射端控制装置800包括第一获取模块81、第一确定模块82、第二确定模块83。
第一获取模块81用于获取检测信号,根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合关系;
第一确定模块82用于根据所述耦合关系,确定每一个所述发射线圈上的电流参数;
第二确定模块83用于根据所述电流参数,确定并生成控制信号,以分别控制所述至少两个发射电路单元按照所述电流参数为所述至少两个发射线圈提供电流。
因此,该无线充电发射端控制装置可以根据耦合关系,确定每一个发射线圈上的电流参数,再根据确定的电流参数,确定并生成控制信号,通过控制信号控制至少两个发射电路单元按照所述电流参数为所述至少两个发射线圈提供电流,以达到合适的电流组合,进而实现更加优化的叠加磁场的幅度和方向,以提高无线电能传输效率,支持更多接收端设备充电姿态。
在一些实施例中,所述耦合关系包括耦合强度,所述电流参数包括电流强度;第一获取模块81具体用于:根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合强度;第一确定模块82具体用于根据所述耦合强度,确定每一个所述发射线圈上的电流强度。
在一些实施例中,所述检测信号包括所述逆变电路的等效负载的输入阻抗。
在一些实施例中,所述输入阻抗和所述耦合强度呈正比例关系。
在一些实施例中,所述耦合强度越大,所述发射线圈上的电流强度越大。
在一些实施例中,所述检测信号包括所述检测信号包括所述接收线圈的接收信号参数。
在一些实施例中,所述控制信号包括第一控制信号,所述第一控制信号作用于所述DC/DC变换电路,第二确定模块83具体用于根据所述电流强度,确定所述第一控制信号,以控制所述DC/DC变换电路的输出电压。
在一些实施例中,所述耦合关系包括耦合作用关系,所述电流参数包括电流相位关系;第一确定模块82具体用于根据所述检测信号,确定每一个所述发射线圈和所述接收线圈之间的耦合作用关系;
所述根据所述耦合关系,确定每一个所述发射线圈上的电流参数,还包括:
根据所述耦合作用关系,确定每一个所述发射线圈之间的电流相位关系。
在一些实施例中,所述接收信号参数包括第一接收信号参数、第二接收信号参数以及第三接收信号参数;第一确定模块82具体用于控制所述至少两个发射线圈中的第一发射线圈,单独向接收线圈发射电能,并通过所述通信模块获取所述第一接收信号参数;控制所述至少两个发射线圈中的第二发射线圈,单独向接收线圈发射电能,并通过所述通信模块获取所述第二接收信号参数;控制所述至少两个发射线圈中的第一发射线圈和第二发射线圈,同时向接收线圈同相发射电能,并通过所述通信模块获取所述第三接收信号参数;根据所述第一接收信号参数、所述第二接收信号参数以及所述第三接收信号参数确定所述第一发射线圈和第二发射线圈与所述接收线圈之间的耦合作用关系。
在一些实施例中,所述耦合作用关系包括正耦合关系和负耦合关系;如果所述第三接收信号参数大于或者等于所述第一接收信号参数和所述第二接收信号参数中的最大值,则所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈正耦合关系;如果所述第三接收信号参数小于所述第一接收信号参数和所述第二接收信号参数中的最大值,则所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈负耦合关系。
在一些实施例中,第一确定模块82具体用于若所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈正耦合关系,则确定所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的电流相位相同;若所述第一发射线圈和所述第二发射线圈与所述接收线圈之间呈负耦合关系,则确定所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的电流相位相反。
在一些实施例中,所述控制信号包括第二控制信号,所述第二控制信号用于驱动所述逆变电路,第二确定模块83具体用于根据所述电流相位关系,确定所述第二控制信号的相位。
在一些实施例中,该无线充电发射端控制装置800还包括第二获取模块84,用于获取所述时钟信号,并将所述时钟信号作为生成所述第二控制信号的基准信号。
在一些实施例中,该无线充电发射端控制装置800还包括第一调整模块85,用于根据所述电流相位关系,调整所述基准信号之间的延时;第三确定模块86,用于根据所述基准信号以及所述基准信号之间的延时,确定所述第二控制信号。
在一些实施例中,所述第二控制信号为PWM信号。
在一些实施例中,该无线充电发射端控制装置800还包括第二调整模块87,用于根据所述逆变电路的等效负载的输入阻抗,调整所述调谐/补偿电路参数,以对所述发射线圈进行动态调谐和补偿。
需要说明的是,上述无线充电发射端控制装置可执行本发明实施例所提供的无线充电发射端控制方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在无线充电发射端控制装置实施例中详尽描述的技术细节,可参见本发明实施例所提供的无线充电发射端控制方法。
请参阅图9,图9是本发明实施例提供的一种控制器的结构示意图。如图9所示,该控制器900包括一个或多个处理器91以及存储器92。其中,图9中以一个处理器91为例。
处理器91和存储器92可以通过总线或者其他方式连接,图9中以通过总线连接为例。
存储器92作为一种非易失性计算机可读存储介质,可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块,如本发明实施例中的无线充电发射端控制方法对应的程序指令/模块。处理器91通过运行存储在存储器92中的非易失性软件程序、指令以及模块,从而执行无线充电发射端控制装置的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例提供的无线充电发射端控制方法以及上述装置实施例的各个模块或单元的功能。
存储器92可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中,存储器92可选包括相对于处理器91远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器91。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述程序指令/模块存储在所述存储器92中,当被所述一个或者多个处理器91执行时,执行上述任意方法实施例中的无线充电发射端控制方法。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被电子设备执行时,使所述电子设备执行任一项所述的无线充电发射端控制方法。
综上所述,该无线充电发射端控制装置可以根据耦合关系,确定每一个发射线圈上的电流参数,再根据确定的电流参数,确定并生成控制信号,通过控制信号控制至少两个发射电路单元按照所述电流参数为所述至少两个发射线圈提供电流,以达到合适的电流组合,进而实现更加优化的叠加磁场的幅度和方向,以提高无线电能传输效率,支持更多接收端设备充电姿态。
以上所描述的装置或设备实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。