CN112332546A - 一种无线输电设备和负载设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线输电设备和负载设备，其中，该无线输电设备包括：直流电源；第一功率传输电路，耦接直流电源，用于将直流电源提供的直流电压转换为矩形波电压，并对负载设备输出功率；第一通信电路，用于接收负载设备发送的负载信息；第一控制电路，耦接第一通信电路和功率传输电路，用于根据负载信息对功率传输电路进行调制，以改变矩形波电压的占空比。通过上述方式，能够避免因负载变化导致电压波动的问题，提高安全性。

Description

一种无线输电设备和负载设备

技术领域

本申请涉及无线输电技术领域，特别是涉及一种无线输电设备和负载设备。

背景技术

无线输电系统本身是开环控制系统，原边功率输出与副边功率需求没有联动。当副边负载变化时(功率需求变化时)，而原变功率输出能力并不会主动变，此时，副边输出电压会增大，以抵抗原边功率输出能力。而电压波动，在家电应用时是不能接受的。

因此，如何在负载变化时，减小电压波动，成为了亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种无线输电设备和负载设备，能够避免因负载变化导致电压波动的问题，提高安全性。

本申请采用的一个技术方案是：提供一种无线输电设备，用于对负载设备输出功率，该无线输电设备包括：直流电源；第一功率传输电路，耦接直流电源，用于将直流电源提供的直流电压转换为矩形波电压，并对负载设备输出功率；第一通信电路，用于接收负载设备发送的负载信息；第一控制电路，耦接第一通信电路和功率传输电路，用于根据负载信息对功率传输电路进行调制，以改变矩形波电压的占空比。

其中，第一控制电路包括：存储器，用于存储负载信息和占空比信息的对应关系；控制器，耦接第一通信电路、功率传输电路和存储器，用于根据负载信息在存储器中查找对应的占空比信息，并根据占空比信息对功率传输电路进行调制，以改变矩形波电压的占空比。

其中，第一功率传输电路包括：高频逆变子电路，耦接直流电源，用于将直流电源提供的直流电压转换为矩形波电压；第一线圈，耦接高频逆变子电路，用于对负载设备输出功率。

其中，高频逆变子电路包括：第一输入端，耦接电源的正极；第二输入端，耦接电源的负极；第一开关管，其第一端耦接第一输入端；第二开关管，其第一端耦接第一开关管的第二端，其第二端耦接第二输入端；第三开关管，其第一端耦接第一输入端；第四开关管，其第一端耦接第三开关管的第二端，其第二端耦接第二输入端；第一输出端，耦接第一开关管的第二端；第二输出端，耦接第三开关管的第二端。

其中，第一控制电路耦接第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的控制端，用于根据负载信息对第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管进行开关控制，以改变矩形波电压的占空比。

其中，第一功率传输电路还包括第一电容，其第一端耦接第一输出端；第一线圈的第一端耦接第一电容的第二端，其第二端耦接第二输出端。

本申请采用的另一个技术方案是：提供一种负载设备，该负载设备包括：负载；第二功率传输电路，用于接收无线输电设备输出的功率；负载检测电路，用于检测负载的负载参数；第二控制电路，用于对负载参数进行处理，以得到负载信息；第二通信电路，用于将负载信息发送给无线输电设备，以使无线输电设备根据负载信息对输出的矩形波电压的占空比进行调制，并采用调制后的矩形波电压对负载设备输出功率。

其中，负载检测电路包括：电压检测子电路，用于检测负载的电压值；电流检测子电路，用于检测负载的电流值；第二控制电路用于根据电压值和电流值计算负载的负载电阻，以作为负载信息。

其中，第二功率传输电路包括第二线圈；负载设备还包括：功率输出电路，耦接第二功率传输电路和负载，用于对负载输出功率。

其中，功率输出电路包括：整流桥子电路，耦接第二功率传输电路，用于将接收的交流电转化为直流电，并对负载输出功率；滤波子电路，耦接整流桥子电路，用于对直流电进行滤波处理。

其中，整流桥子电路包括：第三输入端，通过一第二电容耦接第二线圈的第一端；第四输入端，耦接第二线圈的第二端；第三输出端，耦接负载的第一端；第四输出端，耦接负载的第二端；第一二极管，其输入端耦接第三输入端，其输出端耦接第三输出端；第二二极管，其输出端耦接第三输入端，其输入端耦接第四输出端；第三二极管，其输入端耦接第四输入端，其输出端耦接第三输出端；第四二极管，其输出端耦接第四输入端，其输入端耦接第四输出端。

其中，滤波子电路包括第三电容，其第一端耦接第三输出端，其第二端耦接第四输出端。

本申请提供的无线输电设备包括：直流电源；第一功率传输电路，耦接直流电源，用于将直流电源提供的直流电压转换为矩形波电压，并对负载输出功率；第一通信电路，用于接收负载设备发送的负载信息；第一控制电路，耦接第一通信电路和功率传输电路，用于根据负载信息对功率传输电路进行调制，以改变矩形波电压的占空比。通过上述方式，能够根据负载的变化对输出功率进行调整，使得输出稳定的电压，能够满足负载变化较大的应用场景；另外通过无线通信来传输负载信息，控制简单，响应快；本实施例能够避免因负载变化导致电压波动的问题，在家庭应用中能够提高安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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申请的一些实施例，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。其中：

图1是本申请实施例提供的无线输电系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的无线输电设备的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的无线输电设备的电路示意图；

图4是本申请实施例提供的负载设备的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的负载设备的电路示意图；

图6是本申请实施例提供的负载检测电路的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1，图1是本申请实施例提供的无线输电系统的结构示意图，该无线输电系统10包括无线输电设备11和负载设备12。

下面先介绍无线输电设备11，无线输电设备11包括直流电源111、第一功率传输电路112、第一通信电路113和第一控制电路114。

其中，直流电源111又叫做直流稳压电源，用于提供稳定的电压。直流稳压电源可以分类两类，包括线性和开关型。线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。开关型直流稳压电源的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态。

其中，第一功率传输电路112耦接直流电源111，用于将直流电源111提供的直流电压转换为矩形波电压，并对负载设备12输出功率。方波是一种非正弦曲线的波形，通常会与电子和讯号处理时出现。理想方波只有“高”和“低”这两个值。电流或电压的波形为矩形的信号即为矩形波信号，高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比，占空比为50％的矩形波称之为方波。

可选地，第一功率传输电路112可以包括一方波转换电路。在一实施例中，该方波转换电路可以包括振荡电路、功率放大电路和整形电路。在另一实施例中，可以采用逆变电路。

其中，第一通信电路113用于接收负载设备12发送的负载信息。

可选地，该负载信息可以是负载设备12的负载电流值、负载电压值或负载电阻值。

在一种实施例中，第一通信电路113接收负载设备12发送的负载电流值和负载电压值，计算得到负载电阻值，作为负载信息；另一实施例中，负载设备12获取到负载电流值和负载电压值后，计算得到负载电阻值并发送给无线输电设备11，第一通信电路113可以直接接收到负载设备12发送的负载电阻值，作为负载信息。

其中，第一控制电路114耦接第一通信电路113和第一功率传输电路112，用于根据负载信息对第一功率传输电路112进行调制，以改变矩形波电压的占空比。

下面的实施例中，将无线输电设备11称为原边，将负载设备12称为副边。例如，负载变动前，负载阻值18欧姆，副边输出电压18V，副边输出功率18W，不考虑损耗，原边输出功率也18W。

负载发生变化后，例如，变为9欧姆，需求的功率36W，副边需求输出电压仍为18V。

在这种情况下，一种解决方式是检测原边电流来判断副边需求，但是由于电压没有改变，所以检测就不准确。因为，当负载变为9欧姆时，电压会下降到12V(具体值随系统电路而定)，此时副边实际输出的功率为16W。

而采用本实施的方式，通过负载设备12获取到实际的负载电阻值，并通过通信电路发送给无线输电设备11，无线输电设备11就可以通过实际功率值调整第一功率传输电路112的方波电压的占空比，以适应不同的负载设备12。

可选地，如图2所示，图2是本申请实施例提供的无线输电设备的结构示意图，该无线输电设备11包括直流电源111、第一功率传输电路112、第一通信电路113和第一控制电路114。

其中，第一控制电路114包括控制器114a和存储器114b。存储器114b用于存储负载信息和占空比信息的对应关系；例如，可以采用表格的形式存储，负载信息和占空比信息一一对应。控制器114a耦接第一通信电路113、功率传输电路112和存储器113b，用于根据负载信息在存储器中查找对应的占空比信息，并根据占空比信息对功率传输电路112进行调制，以改变矩形波电压的占空比。

可选地，上述的控制器114a可以是单片机。

下面再介绍负载设备12，负载设备12包括第二功率传输电路121、负载122、负载检测电路123、第二控制电路124和第二通信电路125。

其中，第二功率传输电路121用于接收所述无线输电设备11输出的功率，并输出至负载122。

其中，负载检测电路123用于检测负载122的负载参数。

可选地，该负载参数为负载122的电流值和电压值，具体可以利用电阻采样的方式。

例如，在检测负载122的电流值时，可以利用小电阻采样放大的方式，可以理解地，因为电阻是串联进线路中的，必然对原电路造成影响，从这点说，取样电阻越小越好。但所得的信号也小，因此对采样电流进行放大处理，以得到负载电流值。

例如，在检测负载122的电压值时，可以利用大电阻采样。可以理解地，因为电阻是并联的，只要能满足取样放大电路对信号电流的要求，阻值尽量取大。

第二控制电路124用于对负载参数进行处理，以得到负载信息。具体就是通过负载电压值和负载电流值计算得到负载电阻值，计算公式如下：

第二通信电路125用于将负载信息发送给无线输电设备11，以使无线输电设备11根据负载信息对输出的矩形波电压的占空比进行调制，并采用调制后的矩形波电压对负载设备12输出功率。

可选地，上述的第一通信电路113和第二通信电路125，在一实施例中可以利用功率传输电磁场作为载波，副边采用负载调制，原边采样包络检波电路，形成原副边通信。在另一实施例中，第一通信电路113和第二通信电路125可以采用蓝牙、NFC(Near FieldCommunication)等近距离通信方式实现通信。

可以理解地，上述的无线输电系统的实施例中包括无线输电设备和负载设备，因此，一单独的无线输电设备或负载设备的实施例与上述实施例的原理和结构类似，这里不再赘述，通过一单独的无线输电设备或负载设备的产品，也应当在本实施例的保护范围内。

区别于现有技术，本实施例中的无线输电设备包括：直流电源；第一功率传输电路，耦接直流电源，用于将直流电源提供的直流电压转换为矩形波电压，并对负载输出功率；第一通信电路，用于接收负载设备发送的负载信息；第一控制电路，耦接第一通信电路和功率传输电路，用于根据负载信息对功率传输电路进行调制，以改变矩形波电压的占空比。本实施例中的负载设备包括：负载；第二功率传输电路，用于接收所述无线输电设备输出的功率；负载检测电路，用于检测负载的负载参数；第二控制电路，用于对负载参数进行处理，以得到负载信息；第二通信电路，用于将负载信息发送给无线输电设备，以使无线输电设备根据负载信息对输出的矩形波电压的占空比进行调制，并采用调制后的矩形波电压对负载设备输出功率。通过上述方式，能够根据负载的变化对输出功率进行调整，使得输出稳定的电压，能够满足负载变化较大的应用场景；另外通过无线通信来传输负载信息，控制简单，响应快；本实施例能够避免因负载变化导致电压波动的问题，在家庭应用中能够提高安全性能。

参阅图3，图3是本申请实施例提供的无线输电设备的电路示意图，该无线输电设备11包括直流电源111、第一功率传输电路112、第一通信电路113和第一控制电路114。

其中，第一控制电路114包括控制器114a和存储器114b。存储器114b用于存储负载信息和占空比信息的对应关系。

其中，第一功率传输电路112包括高频逆变子电路(未标示)、第一电容C1和第一线圈L1。

具体地，高频逆变子电路耦接直流电源111，用于将直流电源111提供的直流电压转换为矩形波电压；第一线圈L1耦接高频逆变子电路，用于对负载设备输出功率。

其中，高频逆变子电路包括第一输入端A1、第二输入端A2、第一输出端A3、第二输出端A4、第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4。

具体地，第一输入端A1耦接电源111的正极，第二输入端A2耦接电源111的负极，第一开关管T1的第一端耦接第一输入端A1，第二开关管T2的第一端耦接第一开关管T1的第二端，其第二端耦接第二输入端A2，第三开关管T3的第一端耦接第一输入端A1，第四开关管T4的第一端耦接第三开关管T3的第二端，其第二端耦接第二输入端A2，第一输出端A3耦接第一开关管T1的第二端，第二输出端A4耦接第三开关管T3的第二端。

具体地，第一电容C1的第一端耦接第一输出端A3，第一线圈L1的第一端耦接第一电容C1的第二端，其第二端耦接第二输出端A4。

具体地，控制器114a耦接第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3和第四开关管T4的控制端，用于根据负载信息对第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3和第四开关管T4进行开关控制，以改变矩形波电压的占空比。

例如，控制器114a可以根据负载信息输出PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)波形，以驱动第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3和第四开关管T4的打开和关闭。

参阅图4，图4是本申请实施例提供的负载设备的结构示意图，负载设备12包括第二功率传输电路121、功率输出电路126、负载122、负载检测电路123、第二控制电路124、第二通信电路125和功率输出电路126。

第二功率传输电路121用于接收所述无线输电设备11输出的功率；功率输出电路126耦接第二功率传输电路121和负载122，用于对负载输出功率；负载检测电路123用于检测负载的负载参数；第二控制电路124用于对负载参数进行处理，以得到负载信息；第二通信电路125用于将负载信息发送给无线输电设备11，以使无线输电设备11根据负载信息对输出的矩形波电压的占空比进行调制，并采用调制后的矩形波电压对负载设备12输出功率。

可选地，功率输出电路126包括整流桥子电路和滤波子电路，整流桥子电路耦接第二功率传输电路121，用于将接收的交流电转化为直流电，并对负载输出功率；滤波子电路耦接整流桥子电路，用于对直流电进行滤波处理。

结合图5，图5是本申请实施例提供的负载设备的电路示意图，负载设备12包括第二功率传输电路121、功率输出电路126、负载122、负载检测电路123、第二控制电路124、第二通信电路125和功率输出电路126。

其中，第二功率传输电路121包括第二线圈L2和第二电容C2。

其中，功率输出电路126具体包括整流桥子电路(图5未标示)，整流桥子电路具体包括第三输入端B1、第四输入端B2、第三输出端B3、第四输出端B4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4。

具体地，第三输入端B1通过第二电容C2耦接第二线圈L2的第一端；第四输入端B2耦接第二线圈L2的第二端；第三输出端B3耦接负载122的第一端；第四输出端B4耦接负载122的第二端；第一二极管D1的输入端耦接第三输入端B1，其输出端耦接第三输出端B3；第二二极管D2的输出端耦接第三输入端B1，其输入端耦接第四输出端B4；第三二极管D3的输入端耦接第四输入端B2，其输出端耦接第三输出端B3；第四二极管D4的输出端耦接第四输入端B2，其输入端耦接第四输出端B4。

另外，功率输出电路126还包括滤波子电路(图5未标示)，滤波子电路包括第三电容C3，其第一端耦接第三输出端B3，其第二端耦接第四输出端B4。

结合图5和图6，图6是本申请实施例提供的负载检测电路的电路示意图，该负载可选地，负载检测电路123包括电压检测子电路123a和电流检测子电路123b，电压检测子电路123a用于检测负载的电压值；电流检测子电路123b用于检测负载的电流值；第二控制电路124用于根据电压值和电流值计算负载的负载电阻，以作为负载信息。

具体地，在负载电阻R0上串联一电阻尽可能小的电阻R1，在负载电阻R0上并联一电阻尽可能大的电阻R2，电压检测子电路123a用于检测电阻R2的电压，电流检测子电路123b用于检测电阻R1的电流，进而获取负载电阻R0的电流值和电压值。

上述的实施例中的电路，可以集成电路的形式集成在芯片中，由于采用线圈进行感应充电，线圈的大小可以根据设备的大小来设置。

在一具体的应用场景中，上述的无线输电设备11可以是无线充电板，负载设备12可以是手机、可穿戴设备、手表等智能终端，也可以是扫地机器人、电动牙刷等智能家居设备。

本申请采用上述的方式，能够根据负载的变化对输出功率进行调整，使得输出稳定的电压，能够满足负载变化较大的应用场景；另外通过无线通信来传输负载信息，控制简单，响应快；本实施例能够避免因负载变化导致电压波动的问题，在家庭应用中能够提高安全性能。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是根据本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种无线输电设备，用于对负载设备输出功率，其特征在于，所述无线输电设备包括：

直流电源；

第一功率传输电路，耦接所述直流电源，用于将所述直流电源提供的直流电压转换为矩形波电压，并对所述负载设备输出功率；

第一通信电路，用于接收所述负载设备发送的负载信息；

第一控制电路，耦接所述第一通信电路和所述功率传输电路，用于根据所述负载信息对所述功率传输电路进行调制，以改变所述矩形波电压的占空比。

2.根据权利要求1所述的无线输电设备，其特征在于，

第一控制电路包括：

存储器，用于存储负载信息和占空比信息的对应关系；

控制器，耦接所述第一通信电路、所述功率传输电路和所述存储器，用于根据所述负载信息在所述存储器中查找对应的占空比信息，并根据所述占空比信息对所述功率传输电路进行调制，以改变所述矩形波电压的占空比。

3.根据权利要求1所述的无线输电设备，其特征在于，

所述第一功率传输电路包括：

高频逆变子电路，耦接所述直流电源，用于将所述直流电源提供的直流电压转换为矩形波电压；

第一线圈，耦接所述高频逆变子电路，用于对所述负载设备输出功率。

4.根据权利要求3所述的无线输电设备，其特征在于，

所述高频逆变子电路包括：

第一输入端，耦接所述电源的正极；

第二输入端，耦接所述电源的负极；

第一开关管，其第一端耦接所述第一输入端；

第二开关管，其第一端耦接所述第一开关管的第二端，其第二端耦接所述第二输入端；

第三开关管，其第一端耦接所述第一输入端；

第四开关管，其第一端耦接所述第三开关管的第二端，其第二端耦接所述第二输入端；

第一输出端，耦接所述第一开关管的第二端；

第二输出端，耦接所述第三开关管的第二端。

5.根据权利要求4所述的无线输电设备，其特征在于，

所述第一控制电路耦接所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管的控制端，用于根据所述负载信息对所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管进行开关控制，以改变所述矩形波电压的占空比。

6.根据权利要求4所述的无线输电设备，其特征在于，

所述第一功率传输电路还包括第一电容，其第一端耦接所述第一输出端；

所述第一线圈的第一端耦接所述第一电容的第二端，其第二端耦接所述第二输出端。

7.一种负载设备，其特征在于，所述负载设备包括：

负载；

第二功率传输电路，用于接收所述无线输电设备输出的功率；

负载检测电路，用于检测所述负载的负载参数；

第二控制电路，用于对所述负载参数进行处理，以得到负载信息；

第二通信电路，用于将所述负载信息发送给无线输电设备，以使所述无线输电设备根据所述负载信息对输出的矩形波电压的占空比进行调制，并采用调制后的所述矩形波电压对所述负载设备输出功率。

8.根据权利要求7所述的负载设备，其特征在于，

所述负载检测电路包括：

电压检测子电路，用于检测所述负载的电压值；

电流检测子电路，用于检测所述负载的电流值；

所述第二控制电路用于根据所述电压值和所述电流值计算所述负载的负载电阻，以作为所述负载信息。

9.根据权利要求7所述的负载设备，其特征在于，

第二功率传输电路包括第二线圈；

所述负载设备还包括：

功率输出电路，耦接所述第二功率传输电路和所述负载，用于对所述负载输出功率。

10.根据权利要求9所述的负载设备，其特征在于，

所述功率输出电路包括：

整流桥子电路，耦接所述第二功率传输电路，用于将接收的交流电转化为直流电，并对所述负载输出功率；

滤波子电路，耦接所述整流桥子电路，用于对所述直流电进行滤波处理。

11.根据权利要求10所述的负载设备，其特征在于，

所述整流桥子电路包括：

第三输入端，通过一第二电容耦接所述第二线圈的第一端；

第四输入端，耦接所述第二线圈的第二端；

第三输出端，耦接所述负载的第一端；

第四输出端，耦接所述负载的第二端；

第一二极管，其输入端耦接所述第三输入端，其输出端耦接所述第三输出端；

第二二极管，其输出端耦接所述第三输入端，其输入端耦接所述第四输出端；

第三二极管，其输入端耦接所述第四输入端，其输出端耦接所述第三输出端；

第四二极管，其输出端耦接所述第四输入端，其输入端耦接所述第四输出端。

12.根据权利要求11所述的负载设备，其特征在于，

所述滤波子电路包括第三电容，其第一端耦接所述第三输出端，其第二端耦接所述第四输出端。

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