CN112104103B - 一种无线充电发射系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线充电发射系统及其控制方法，该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，每个发射电路与每个发射线圈电性连接，用于向发射线圈提供电流；至少一个解耦电路，解耦电路分别连接任意两个耦合的发射线圈，通过控制解耦电路中的第一补偿电路中N个开关和/或第二补偿电路中M个开关分别工作于闭合或断开状态，从而控制分别并联在第一电感和第二电感两端的补偿电容处于工作或断开状态，进而实现了动态调节并联于解耦电路中的补偿电容值，从而可以根据充电环境动态调节解耦电路的等效互感值，提高了解耦电路的解耦精度，够降低由于耦合作用造成的功率损耗。

Description

一种无线充电发射系统及其控制方法

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系统及其控制方法。

背景技术

无线电能传输技术因其安全便捷的特性而被广泛应用于各种电子设备，比如智能终端、医疗设备及电动汽车等等，特别是智能终端，近年来，随着智能手机的发展，无线充电逐渐成为高端手机的标配功能，现阶段的无线充电发射系统，支持手机设备在三维空间内自由摆放进行无线电能传输。为了实现三维空间内自由摆放无线电能传输，需要发射端生成多个方向的磁场以应对接收线圈的各种可能的距离和姿态。

然而，当多个发射线圈协同工作时，由于各路发射线圈之间存在较强的耦合，特别是当外围应用环境有金属存在时，将显著改变发射线圈之间的耦合作用，当发射线圈之间的耦合作用加强时，发射系统的功率损耗会显著增加。

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系统及其控制方法，其能够降低由于耦合作用造成的功率损耗。

一方面，本发明实施例提供一种无线充电发射系统，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，每个所述发射电路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；

至少一个解耦电路，所述解耦电路分别连接任意两个耦合的所述发射线圈，所述解耦电路包括第一电感、第二电感、第一电容及第二电容，所述第一电感和所述第一电容构成第一并联电路，所述第二电感和所述第二电容构成第二并联电路，所述第一电感和所述第二电感围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端或第二端为同名端。

可选地，所述任意两个耦合的所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈；

所述解耦电路还包括第三电感、第四电感、第三电容和第四电容，所述第三电感和所述第三电容构成第三并联电路，所述第四电感和所述第四电容构成第四并联电路，所述第三电感和所述第四电感与所述第一电感和所述第二电感围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第三电感的第一端与所述第四电感的第一端或第二端为同名端；

所述第一并联电路与所述第三并联电路分别连接于所述第一发射线圈的两端；所述第二并联电路与所述第四并联电路分别连接于所述第二发射线圈的两端。

可选地，所述解耦电路还包括第五电容和第六电容；

所述第五电容与所述第一并联电路串联；

所述第六电容与所述第二并联电路串联。

第二方面，本发明实施例提供一种无线充电发射系统，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，每个所述发射电路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；

至少一个解耦电路，所述解耦电路分别连接任意两个耦合的所述发射线圈，所述解耦电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一补偿电路和第二补偿电路；其中，所述第一电感和所述第一电容构成第一并联电路，所述第二电感和所述第二电容构成第二并联电路，所述第一补偿电路与所述第一并联电路并联，所述第二补偿电路与所述第二并联电路并联；所述第一电感和所述第二电感围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端或第二端为同名端；所述第一补偿电路包括N组补偿电容和开关构成的第一串联电路，N组所述第一串联电路之间并联，所述第二补偿电路包括M组补偿电容和开关构成的第二串联电路，M组所述第二串联电路之间并联，M和N均为大于正整数且M+N大于等于1;

控制电路，分别与所述解耦电路及所述发射电路电性连接，用于控制所述第一补偿电路中N个所述开关和/或所述第二补偿电路中M个所述开关分别工作于闭合或断开状态，以使所述发射电路输出端的感应电路参数满足预设阈值条件。

可选地，所述第一补偿电路中N个所述补偿电容之间的容值呈2^N-1的比例设置；所述第二补偿电路中M个所述补偿电容之间的容值呈2^M-1的比例设置。

可选地，所述系统还包括至少两个调谐电路，所述调谐电路分别与所述发射线圈电性连接，用于对所述发射线圈进行动态调谐。

可选地，所述调谐电路包括串联设置的P个调谐电容，及与任意P-1个调谐电容分别并联的调谐开关，所述调谐开关用于控制与其并联的所述调谐电容处于工作或短路状态，其中，P为大于等于2的整数。

可选地，所述解耦电路中任意两个互感的电感为同轴绕制。

第三方面，本发明实施例提供一种无线充电发射系统控制方法，应用于如上所述的无线充电发射系统，所述至少两个发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，所述至少两个发射电路包括第一发射电路和第二发射电路，所述第一发射电路与所述第一发射线圈电性连接，所述第二发射电路与所述第二发射线圈电性连接；所述第一电感连接所述第一发射线圈，所述第二电感连接所述第二发射线圈；

所述方法包括：

控制所述第一发射电路产生电流激励，以使与所述第一发射线圈产生感应磁场；

获取所述第二发射电路输出端的感应电路参数；

确定所述感应电路参数是否满足预设阈值条件；

若否，则控制所述第一补偿电路中N个所述开关和/或所述第二补偿电路中M个所述开关分别工作于闭合或断开状态，以使所述感应电路参数满足预设阈值条件。

可选地，所述感应电路参数包括感应电压和感应电流；

所述感应电路参数满足预设阈值条件，包括：

所述感应电压小于或等于预设电压阈值，且所述感应电流小于或等于预设电流阈值。

可选地，所述系统还包括调谐电路，所述调谐电路分别与所述发射电路、所述发射线圈以及所述控制电路电性连接，所述方法还包括：

根据所述发射电路的等效负载的输入阻抗，调整所述调谐电路参数，以对所述发射线圈进行动态调谐。

本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：通过在任意两个耦合的所述发射线圈之间设置解耦电路，解耦电路包括第一电感和第一电容构成的第一并联电路及第二电感和第二电容构成第二并联电路，其中，第一电感和第二电感围绕同一磁芯或空芯绕制，第一电感的第一端与第二电感的第一端或第二端为同名端，使得所述第一电感和第二电感中产生的电动势与与其连接的发射线圈产生的耦合电动势的方向相反，从而降低了发射系统由于耦合作用造成的功耗；进一步的，第一电容与第一电感并联，第二电容与第二电感并联，通过第一电容和第二电容改变解耦电路的谐振频率，进而调节了解耦电路的等效互感值，提高了解耦电路的解耦精度；第二方面，解耦电路还包括第一补偿电路和第二补偿电路，第一补偿电路与第一并联电路并联，第二补偿电路与第二并联电路并联，第一补偿电路包括N组补偿电容和开关构成的第一串联电路，N组所述第一串联电路之间并联，第二补偿电路包括M组补偿电容和开关构成的第二串联电路，通过控制第一补偿电路中N个所述开关和/或第二补偿电路中M个开关分别工作于闭合或断开状态，从而控制分别并联在第一电感和第二电感两端的补偿电容处于工作或断开状态，进而实现了动态调节并联于解耦电路中的补偿电容值，从而可以根据充电环境动态调节解耦电路的等效互感值，提高了解耦电路的解耦精度。

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又一无线充电发射端系统的结构示意图；

图3a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3b是本发明实施例提供的又一无线充电发射端系统的结构示意图；

图3c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4是本发明实施例提供的又一无线充电发射端系统的结构示意图；

图5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6a是本发明实施例提供的一种两个发射线圈结构示意图；

图6b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7a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7b是本发明实施例提供的一种调谐电路的电路结构示意图；

图8a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8b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12、解耦电路13及控制电路14，其中，图2a以两个发射线圈和两个发射电路为例进行说明，至少两个发射线圈11包括第一发射线圈111和第二发射线圈112，至少两个发射电路12包括第一发射电路121和第二发射电路122，第一发射电路121与第一发射线圈111电性连接，第二发射电路122与第二发射线圈112电性连接，发射电路12用于向对应的发射线圈11提供电流，且，第一发射线圈111和第二发射线圈112之间存在电感耦合，两个线圈间的互感为M，具体的，根据线圈的结构和相对空间位置关系，第一发射线圈111的第一端（输入端）可以与第二发射线圈112的第一端（输入端）或者第二端（输出端）为同名端。需要说明的是，在本发明实施例及下述各实施例中，均以第一发射线圈111的第一端（输入端）与第二发射线圈112的第一端（输入端）为同名端设置为例进行实施例的说明。

在本实施例中，至少两个发射电路12还分别与直流电源200连接，直流电源200分别向第一发射电路121和第二发射电路122提供直流电源，第一发射电路121和第二发射电路122分别将直流电源转换为交流电流，再将交流电流提供给对应发射线圈11。

解耦电路13分别与第一发射线圈111、第二发射线圈112、第一发射电路121及第二发射电路122分别连接，用于根据第一发射线圈111或第二发射线圈112由于空间耦合产生的感应电动势，产生与该空间耦合的感应电动势方向相反的感应电动势，从而降低无线充电发射端的功率损耗。

解耦电路13在无线充电发射端系统10中可以有不同的连接方法，在一些实施例中，请继续参阅图2a，解耦电路13分别与第一发射线圈111的输出端、第一发射电路121的输入端、第二发射电路122的输出端及第二发射线圈112的输入端连接。在其他的实施例中，请参阅图2b，解耦电路13分别与第一发射线圈111的输出端、第一发射电路121的输入端、第二发射线圈112的输出端及第二发射电路122的输入端连接。

可以理解的，解耦电路13用于抵消发射线圈由于空间耦合作用形成的感应电动势，在一些实施例中，请参阅图3a，解耦电路13包括第一电感Ld₁、第二电感Ld₂、第一电容Cd₁及第二电容Cd₂，第一电感Ld₁和第一电容Cd₁并联构成第一并联电路131,第二电感Ld₂和第二电容Cd₂并联构成第二并联电路132，其中，第一电感Ld₁和第二电感Ld₂围绕同一磁芯或空芯绕制，两个电感之间的耦合系数为kd, 且第一电感Ld₁的第一端和第二电感Ld₂的第一端或第二端为同名端。

需要说明的是，第一电感Ld₁和第二电感Ld₂的同名端设置与解耦电路13在发射系统10中的连接位置相关。当解耦电路13的连接位置为如图2a中所示时，第一电感Ld₁的第一端与第二电感Ld₂的第二端为同名端；当解耦电路13的连接位置为如图2b中所示时，第一电感Ld₁的第一端与第二电感Ld₂的第一端为同名端。从而，通过第一电感Ld₁与第二电感Ld₂的同名端连接，使得第一电感Ld₁中耦合产生的感应电动势VD1的方向与第一发射线圈111中耦合产生的感应电动势VM1的方向相反，同样的，第二电感Ld₂中耦合产生的感应电动势VD2的方向与第二发射线圈112中耦合产生的感应电动势VM2的方向相反，进而抵消了发射线圈由于空间耦合作用形成的感应电动势，降低无线充电发射端的功率损耗。第一电容与第一电感并联，第二电容与第二电感并联，通过第一电容和第二电容改变解耦电路的谐振频率，进而调节了解耦电路的等效互感值，提高了解耦电路的解耦精度。

具体的，可通过以下阐述来说明解耦电路的解耦原理：

假设控制电路控制第二发射电路122产生电流激励，第二发射线圈112与第一发射线圈111形成空间耦合，并在第一发射线圈111产生耦合电压VM₁，同时，当同样的电流激励流过第二电感Ld₂时，会在第一电感Ld₁上感应产生耦合电压VD₁，根据解耦电路的同名端设置，VM₁的方向与VD₁的方向相反，于是，解耦电路和发射线圈上所感应出的总感应电压

。其中，IT_x2为第二发射电路输出端的电流激励，Md为解耦电路中第一电感和第二电感之间的互感值， M为第一发射线圈和第二发射线圈之间的互感值，ω为发射端系统工作的角频率，j为虚部单位。为了使总感应电压

尽可能的向零收拢，可以根据线圈间互感M来调节Md的大小，当

，即

时，总感应电压

为零，其中，kd为第一电感和第二电感的之间的耦合系数，Ld₁、Ld₂分别为第一电感和第二电感的电感值，k为第一发射线圈和第二发射线圈的耦合系数，LT_x1、 LT_x2分别为第一发射线圈和第二发射线圈的电感值。可以理解的， LT_x1及 LT_x1为发射线圈的固有特性，且发射线圈间的耦合系数和互感由发射线圈的结构和周围的环境而决定。因此，只能通过调节解耦电路中第一电感和第二电感间的互感值来实现发射线圈间的解耦。然而，调节解耦电感间的互感值则只能通过调节线圈的匝数为步进进行调节，此种方法即使在发射线圈间有固定耦合的应用场景下，也不能满足对解耦电感间互感调整的颗粒度的要求，以至于很难达到对发射线圈进行充分的解耦。

于是，在本实施例中，通过在解耦电路的电感两端并联电容的方式对解耦电路的互感值进行精细调整。请参看图3a，第一电感Ld₁和第一电容Cd₁并联，第二电感Ld₂和第二电容Cd₂并联，可以理解的，增加并联电容并不能改变第一电感和第二电感间的耦合系数，然而，并联的电容降低了解耦电路的谐振频率，进而提高了解耦电路的等效电感和等效互感值。具体的，增加第一电容Cd₁后的第一电感Ld₁的等效电感值

，增加第二电容Cd₂后的第二电感Ld₂的等效电感值

,于是，

即为

，从而，解耦电路可通过与电感并联的电容以实现对解耦电路第一电感和第二电感间互感值Md进行精细的调整。

解耦电路13可连接于第一发射线圈111的输出端（如图2a）或输入端（如图2b），当任一发射线圈（如第一发射线圈111）工作于发射状态时，由于解耦电路13在系统工作频率下呈感性，电流在流过解耦电路13时会相应产生压降，使得其对应的发射电路（如发射电路121）的输入与输出端口间电势的中心点位置偏离发射线圈的线材中心，进而改变整个发射线圈的平均电位，并因此产生不必要的电场耦合和电磁干扰等问题。为此，在一些实施例中，请参阅图3b，解耦电路13还包括第三电感Ld₃、第四电感Ld₄、第三电容Cd₃和第四电容Cd₄，所述第三电感Ld₃和所述第三电容Cd₃构成第三并联电路133，所述第四电感Ld₄和所述第四电容Cd₄构成第四并联电路134，所述第三电感Ld₃和所述第四电感Ld₄与所述第一电感Ld₁和所述第二电感Ld₂围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第三电感Ld3的第一端与所述第四电感Ld₄的第一端或第二端为同名端；所述第一并联电路131与所述第三并联电路133分别连接于所述第一发射线圈111的两端；所述第二并联电路132与所述第四并联电路134分别连接于所述第二发射线圈112的两端。

其中，第一并联电路131产生的感应电动势VD1的方向与第三并联电路133产生的感应电动势VD3的方向相同，第二并联电路132产生的感应电动势VD2的方向与第四并联电路134产生的感应电动势VD4的方向相同。

在本实施例中，第一方面，所述第三电感Ld₃和所述第四电感Ld₄与所述第一电感Ld₁和所述第二电感Ld₂围绕同一磁芯或空芯绕制，使得第一电感Ld₁、第二电感Ld₂、第三电感Ld₃及第四电感Ld₄之间的耦合系数能够达到最优，并减少外界对其感量和耦合的影响，同时，围绕同一磁芯或空芯绕制减小了电路板的尺寸，提升了电路板的空间利用率；第二方面，第一并联电路与第三并联电路分别连接于第一发射线圈的两端，第二并联电路与第四并联电路分别连接于第二发射线圈的两端，从而消除了无线充电发射系统由于耦合电路的引入而对发射线圈的平均电位产生的影响。

与图3b所示的实施例的有益效果相同的，本发明实施例又提供一种耦合电路的电路结构，用于消除由于耦合电路的引入而对发射线圈的平均电位产生的影响。请参阅图3c，所述解耦电路13还包括第五电容Cd₅和第六电容Cd₆；所述第五电容Cd₅与所述第一并联电路131串联；所述第六电容Cd₆与所述第二并联电路132串联。其中，第五电容Cd₅与第一并联电路131的在系统工作频率附近形成串联谐振，当电流流过Cd₅和第一并联电路131时产生的总压降为零，同理，第六电容Cd₆与第二并联电路132在系统工作频率附近也形成串联谐振，当电流流过Cd₆和第二并联电路132时产生的总压降也为零，从而消除了由于解耦电路的引入而对发射线圈的平均电位产生的影响。

具体的，以第一并联电路为例，请参阅图3a实施例中所阐述的解耦原理，根据上述解耦原理可知，并联第一电容后的第一电感的等效电感值

，第五电容Cd₅与第一并联电路131进行串联，其中，第五电容Cd₅与第一并联电路的等效电感在发射端系统的工作频率上实现谐振，即

；同理的，第六电容Cd₆与第二并联电路132进行串联后，第六电容Cd₆与第二并联电路的等效电感在发射端的工作频率上实现谐振，即

，从而，消除了由于解耦电路的引入而对发射线圈的平均电位产生的影响。

在本实施例中，通过引入解耦电路，将解耦电路分别连接任意两个耦合的发射线圈，该解耦电路根据两个发射线圈由于空间耦合产生的感应电动势，产生与该空间耦合的感应电动势方向相反的感应电动势，从而抵消了无线充电发射系统中由于发射线圈耦合作用产生的感应电动势，降低了系统的功率损耗。

无线充电发射系统采用电磁感应的原理发射电能，其在发射电能时容易受到外界环境，特别是外界环境存在金属类物质时，金属类物质将影响发射线圈所产生的磁场，改变发射线圈间的耦合，进而造成无线充电发射系统中功率的损耗和效率的降低。可见，根据当前的充电环境调节无线充电发射系统的解耦电路进行发射电路的解耦，能够降低多线圈发射系统的功率损耗，提高系统效率。

于是，在又一些实施例中，请参阅图4，解耦电路13包括第一电感Ld₁、第二电感Ld₂、第一电容Cd₁、第二电容Cd₂、第一补偿电路135和第二补偿电路136；其中，所述第一电感Ld₁和所述第一电容Cd₁构成第一并联电路131，所述第二电感Ld₂和所述第二电容Cd₂构成第二并联电路132，所述第一补偿电路135与所述第一并联电路131并联，所述第二补偿电路136与所述第二并联电路132并联；所述第一电感Ld₁和所述第二电感Ld₂围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第一电感Ld₁的第一端与所述第二电感Ld₂的第一端或第二端为同名端；所述第一补偿电路135包括N组补偿电容Cd_1N和开关S_1N构成的第一串联电路，N组所述第一串联电路之间并联，所述第二补偿电路包括M组补偿电容Cd_2M和开关S_2M构成的第二串联电路，M组所述第二串联电路之间并联，M和N均为正整数且满足M+N大于等于1。其中，开关S_1N及开关S_2M均为MOS管固态开关或继电器，其通过控制电路14控制第一补偿电路中N个开关S_1N和/或第二补偿电路中M个开关S_2M分别工作于导通或断开状态，以使发射电路输出端的感应电路参数满足预设阈值条件。具体的控制原理请参看下述无线充电发射系统控制方法的实施例，在此不再一一赘述。

在本实施例中，解耦电路的解耦原理与图3a中所示实施例的解耦原理相同，区别特征在于，在本实施例中，解耦电路还包括第一补偿电路和第二补偿电路，其中，第一补偿电路135包括N组补偿电容Cd_1N和开关S_1N构成的第一串联电路，N组所述第一串联电路之间并联，所述第二补偿电路包括M组补偿电容Cd_2M和开关S_2M构成的第二串联电路，M组所述第二串联电路之间并联，从而，第一电感Ld₁的等效电感值

，第二电感Ld₂的等效电感值

,其中，

为第一电感两端并联电容的总电容值，包括第一电容及补偿电容Cd_1N，

为第二电感两端并联电容的总电容值，包括第二电容及补偿电容Cd_2M，可以理解的，与补偿电容串联的开关处于导通状态时，补偿电容才处于工作状态。从而，解耦电路可通过与调节开关的导通或断开状态，以改变解耦电路中与电感并联的总电容值，进而进一步提高了解耦电路中第一电感和第二电感间等效互感值Md的调整精度和调整幅度。

在一些实施例中，M+N大于等于1包括M=0、N≥1和N=0、M≥1两种情况，当M=0或者N=0时，解耦电路13表现为单边补偿，即通过第一补偿电路或第二补偿电路来调整解耦电路的等效互感值。

在一些实施例中，第一补偿电路中N个补偿电容之间的容值呈2^N的比例设置；第二补偿电路中M个补偿电容之间的容值呈2^M的比例设置，从而并联的各补偿电路可实现总电容值的均匀分布，提高了解耦电路的调节精度及可操作性。例如，Cd₁₂的容值为Cd₁₁容值的两倍，Cd₁₃的容值为Cd₁₂容值的两倍，即

，以此类推，即

。同理的，Cd₂₂的容值为Cd₂₁容值的两倍，Cd₂₃的容值为Cd₂₂容值的两倍，即

，以此类推，即

。

在本实施例中，通过在解耦电路中增加第一补偿电路和第二补偿电路，第一补偿电路包括N组补偿电容和开关构成的第一串联电路，N组第一串联电路之间并联，第二补偿电路包括M组补偿电容和开关构成的第二串联电路，M组第二串联电路之间并联，并将第一补偿电路与第一并联电路并联，第二补偿电路与第二并联电路并联，进而，通过调节第一补偿电路及第二补偿电路中的开关，以激活与各开关串联的补偿电容，进而实现了动态调节并联于解耦电路中的补偿电容值，从而可以根据充电环境动态调节解耦电路的等效互感值，使得发射电路输出端的感应电路参数满足预设阈值条件，从而降低了发射系统由于耦合作用造成的功耗，并提高了解耦电路的解耦精度。

控制电路14与至少两个发射电路12分别电性连接，用于控制和检测每个发射电路输出的交流电流，其中，请参阅图5，控制电路14包括控制器141、检测电路142及通信模块143，控制器141与检测电路142、通信模块143分别电性连接。检测电路142对发射电路12的多个物理量进行测量，并将检测信号发送至控制器141，以协助控制器141对系统的工作状态的控制。其中，检测电路142采集的信号包括并不局限于，发射电路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142可以为多个，每个发射电路12对应一个检测电路142。

在一些实施例中，控制器141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141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141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。

在又一些实施例中，检测电路142包括第一检测电路1421和第二检测电路1422，第一检测电路1421分别电性连接第一逆变电路1211和控制器141，第二检测电路1422分别电性连接第二逆变电路1221和控制器141，检测电路142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1421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1422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141，由控制器141进行处理和分析，检测电路142检测的等效负载的输入阻抗可以反映该路发射线圈11与接收端的接收线圈之间的耦合关系。

通信模块143则用于检测每个发射线圈与接收线圈的耦合关系，并发送给控制器141，以使控制器141根据耦合关系，控制每个发射电路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。

在一些实施例中，控制电路14还包括振荡器144，振荡器144与控制器141电性连接，用于提供时钟信号。控制器141可以将振荡器144提供的时钟信号传送至每一个发射电路12中的逆变电路，作为生成驱动信号的基准，而控制器141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。

发射电路用于为与其连接的发射线圈提供电能，在本实施例中，请继续参阅图5，以两个发射电路为例，该无线充电发射端系统10中的第一发射电路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、直流电源200以及控制器141电性连接，第一发射电路121用于将直流电源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、直流电源200以及控制器141电性连接，第二发射电路122用于将直流电源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141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141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。

在一些实施例中，所述第一发射电路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（图中未示出）、第一逆变电路1211以及控制器141电性连接，用于调节直流电源的输出电压，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（图中未示出）、第一逆变电路1211以及控制器141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141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。

在实际使用时，接收端设备可以以不同的空中充电姿态进行充电，那么，该无线充电发射端系统10可以根据目前的姿态下，每个发射线圈11和接收端的线圈的耦合关系，对每个发射电路12进行响应的单独控制，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，该叠加的磁场相较于单个发射线圈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端的线圈更好的匹配，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6a所示，图6a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6b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端的线圈更好的匹配，进而得到更好的耦合，能量传输效率更高。

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12，且每个发射电路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，请参阅图7a，所述无线充电系统10还包括至少两个调谐电路15，调谐电路15包括第一调谐电路151和第二调谐电路152，该第一调谐151分别与第一逆变电路1211、第一发射线圈111以及控制器141电性连接，用于对第一发射线圈111进行调谐。同样地，第二调谐电路152则分别与第二逆变电路1221、第二发射线圈112以及控制器141电性连接，用于对第二发射线圈112进行调谐。第一发射线圈111和第一逆变电路1211通过第一调谐电路151实现耦合，第二发射线圈112和第二逆变电路1221通过第二调谐电路152实现耦合。在本实施例中，第一调谐电路151与第一并联电路131设置于第一发射线圈111的同一端侧，第二调谐电路152与第二并联电路132设置于第二发射线圈112的同一端侧，从而部分抵消解耦电路引入系统的等效电感对发射线圈平均电位的影响。

在一些实施例中，调谐电路15由固定的无源器件组成，实现对发射线圈11的静态调谐。

在其他一些实施例中，调谐电路15包括有源器件（如开关），可以实现动态可调的调谐功能。调谐电路15与控制器141连接，控制器141可以根据检测电路142提供的检测信息（如逆变电路等效负载的输入阻抗）对调谐电路15进行动态调整，使得逆变电路可以更加高效地工作。具体的，请参阅图7b，调谐电路包括串联设置的P个调谐电容Cb_P-1，及与任意P-1个调谐电容分别并联的调谐开关Sb_P，调谐开关Sb_P用于控制与其并联的调谐电容处于工作或短路状态，其中，P为大于等于2的整数。控制器141控制P-1个调谐开关Sb_P工作于导通或断开状态，进而断开或激活与其连接的调谐电容，从而实现调谐电路的动态调节发射线圈间可变的耦合电感，提高了无线充电系统的工作效率。

在一些实施例中，P个调谐电容之间的容值呈2^P的比例关系，即

，从而提升了调谐电路的调谐精度。

当无线充电发射系统中控制任一路发射电路产生电流激励时，由于各发射线圈之间的空间耦合作用，使得在形成耦合作用的发射线圈中产生感应电流和感应电压，进而增加了无线充电发射系统的功耗。为了降低系统功耗，在系统上电之初，将该系统进行环境校准，并通过动态调节解耦电路的电路参数，以抵消电路中由于耦合产生的感应电流和感应电压。

请参阅图8a，本发明实施例提供一种无线充电发射系统控制方法，应用于上述无线充电发射系统，其中，至少两个发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，至少两个发射电路包括第一发射电路和第二发射电路，第一发射电路与第一发射线圈电性连接，第二发射电路与第二发射线圈电性连接；第一电感连接所述第一发射线圈，第二电感连接所述第二发射线圈；该方法包括：

S81、控制所述第一发射电路产生电流激励，以使与所述第一发射线圈产生感应磁场；

S82、获取所述第二发射电路输出端的感应电路参数；

需要说明的是，第二发射电路中的感应电路参数为第二发射电路中的第二发射线圈与第一发射电路中的第一发射线圈耦合产生。

S83、确定感应电路参数是否满足预设阈值条件；

S84、若否，则控制第一补偿电路中N个所述开关和/或第二补偿电路中M个开关分别工作于闭合或断开状态，以使感应电路参数满足预设阈值条件。

当开关处于闭合状态时，激活与其串联的补偿电容，该补偿电容用于补偿流经耦合电路的电流；当开关处于断开状态时，断开与其串联的补偿电容，该补偿电容处于不工作状态。

在本实施例中，感应电路参数满足预设阈值条件是指感应电压小于或等于预设电压阈值，且感应电流小于或等于预设电流阈值。若感应电路参数未能满足预设阈值条件，则控制第一补偿电路中N个所述开关和/或第二补偿电路中M个开关分别工作于闭合或断开状态，以使感应电路参数满足预设阈值条件。若感应电路参数满足预设阈值条件，则无需控制第一补偿电路中N个开关和/或第二补偿电路中M个开关的开关状态。

需要说明的是，当无线充电发射系统中包含三个或三个以上的发射线圈时，依次控制三个发射线圈对应的发射电路产生电流激励，并在检测其他发射电路输出端的感应参数，以调整对应的解耦电路中开关处于闭合或断开状态，进而调节并联于解耦电路中的补偿电容的容值，以使各发射电路输出端的感应电路参数满足预设阈值条件。

其中，感应电路参数包括感应电压和感应电流，由检测电路采集发射电路的输入端信号得到，系统根据感应电压和感应电流计算电路的等效阻抗，该等效阻抗用于指示第一发射线圈和第二发射线圈之间的耦合强度。于是，在又一些实施例中，请参阅图8b，所述系统还包括调谐电路，调谐电路分别与发射电路、发射线圈以及控制电路电性连接，控制方法还包括：

S85、根据发射电路的等效负载的输入阻抗，调整所述调谐电路参数，以对发射线圈进行动态调谐。

在本实施例中，调整所述调谐电路参数是指控制调谐电路中的调谐开关打开或闭合，以使对应的调谐电容处于激活或断开状态，进而改变了调谐电路中串联的调谐电容，实现了对发射线圈的动态调谐。

在本发明实施例中，通过在任意两个耦合的所述发射线圈之间设置解耦电路，解耦电路还包括第一补偿电路和第二补偿电路，第一补偿电路与第一并联电路并联，第二补偿电路与第二并联电路并联，第一补偿电路包括N组补偿电容和开关构成的第一串联电路，N组所述第一串联电路之间并联，第二补偿电路包括M组补偿电容和开关构成的第二串联电路，通过控制第一补偿电路中N个所述开关和/或第二补偿电路中M个开关分别工作于闭合或断开状态，从而控制分别并联在第一电感和第二电感两端的补偿电容处于工作或断开状态，进而实现了动态调节并联于解耦电路中的补偿电容值，从而可以根据充电环境动态调节解耦电路的等效电感值，提高了解耦电路的解耦精度。

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。

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。

Claims (10)

1.一种无线充电发射系统，其特征在于，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，每个所述发射电路与每个所述发射线圈一一对应电性连接，用于向所述发射线圈提供电流；

至少一个解耦电路，所述解耦电路分别连接任意两个耦合的所述发射线圈，所述任意两个耦合的所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈；

所述解耦电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电感、第四电感、第三电容和第四电容，所述第一电感和所述第一电容并联构成第一并联电路，所述第二电感和所述第二电容并联构成第二并联电路，所述第三电感和所述第三电容构成第三并联电路，所述第四电感和所述第四电容构成第四并联电路，所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感和所述第四电感围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端或第二端为同名端，所述第三电感的第一端与所述第四电感的第一端或第二端为同名端；

所述第一并联电路与所述第三并联电路分别连接于所述第一发射线圈的两端；所述第二并联电路与所述第四并联电路分别连接于所述第二发射线圈的两端。

2.一种无线充电发射系统，其特征在于，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，每个所述发射电路与每个所述发射线圈一一对应电性连接，用于向所述发射线圈提供电流；

至少一个解耦电路，所述解耦电路分别连接任意两个耦合的所述发射线圈；

所述解耦电路包括第一电感、第二电感、第一电容及第二电容，所述第一电感和所述第一电容并联构成第一并联电路，所述第二电感和所述第二电容并联构成第二并联电路，所述第一电感和所述第二电感围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端或第二端为同名端；

所述解耦电路还包括第五电容和第六电容；

所述第五电容与所述第一并联电路串联；

所述第六电容与所述第二并联电路串联；

其中，所述第五电容为：

，

，Cd₅为所述第五电容的电容值，ω为所述系统工作角频率，Ld₁为所述第一电感的电感值，Cd₁为所述第一电容的电容值；

所述第六电容为：

，

，Cd₆为所述第六电容的电容值， Ld₂为所述第二电感的电感值，Cd₂为所述第二电容的电容值。

3.一种无线充电发射系统，其特征在于，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，每个所述发射电路与每个所述发射线圈一一对应电性连接，用于向所述发射线圈提供电流；

至少一个解耦电路，所述解耦电路分别连接任意两个耦合的所述发射线圈，所述解耦电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一补偿电路和第二补偿电路；其中，所述第一电感和所述第一电容构成第一并联电路，所述第二电感和所述第二电容构成第二并联电路，所述第一补偿电路与所述第一并联电路并联，所述第二补偿电路与所述第二并联电路并联；所述第一电感和所述第二电感围绕同一磁芯或空芯绕制，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端或第二端为同名端；所述第一补偿电路包括N组由补偿电容和开关构成的第一串联电路，N组所述第一串联电路之间并联，所述第二补偿电路包括M组由补偿电容和开关构成的第二串联电路，M组所述第二串联电路之间并联，M和N均为正整数且M+N大于等于1;

控制电路，分别与所述解耦电路及所述发射电路电性连接，用于控制所述第一补偿电路中N个所述开关和/或所述第二补偿电路中M个所述开关分别工作于闭合或断开状态，以使所述发射电路输出端的感应电路参数满足预设阈值条件。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一补偿电路中N个所述补偿电容之间的容值呈2^N-1的比例设置；所述第二补偿电路中M个所述补偿电容之间的容值呈2^M-1的比例设置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少两个调谐电路，所述调谐电路分别与所述发射电路和所述发射线圈电性连接，用于对所述发射线圈进行动态调谐。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调谐电路包括串联设置的P个调谐电容，及与任意P-1个调谐电容分别并联的调谐开关，所述调谐开关用于控制与其并联的所述调谐电容处于工作或短路状态，其中，P为大于等于2的整数。

7.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述解耦电路中任意两个互感的电感为同轴绕制。

8.一种无线充电发射系统控制方法，应用于如权利要求3-7任一项所述的无线充电发射系统，其特征在于，所述至少两个发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，所述至少两个发射电路包括第一发射电路和第二发射电路，所述第一发射电路与所述第一发射线圈电性连接，所述第二发射电路与所述第二发射线圈电性连接；所述第一电感连接所述第一发射线圈，所述第二电感连接所述第二发射线圈；

所述方法包括：

控制所述第一发射电路产生电流激励，以使与所述第一发射线圈产生感应磁场；

获取所述第二发射电路输出端的感应电路参数，其中，所述感应电路参数为第二发射电路中的第二发射线圈与第一发射电路中的第一发射线圈耦合产生；

确定所述感应电路参数是否满足预设阈值条件；

若否，则控制所述第一补偿电路中N个所述开关和/或所述第二补偿电路中M个所述开关分别工作于闭合或断开状态，以使所述感应电路参数满足预设阈值条件。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述感应电路参数包括感应电压和感应电流；

所述感应电路参数满足预设阈值条件，包括：

所述感应电压小于或等于预设电压阈值，且所述感应电流小于或等于预设电流阈值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述系统还包括调谐电路，所述调谐电路分别与所述发射电路、所述发射线圈以及所述控制电路电性连接，所述方法还包括：

根据所述发射电路的等效负载的输入阻抗，调整所述调谐电路参数，以对所述发射线圈进行动态调谐。

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