CN113410896B - 一种无线充电发射端的控制方法和无线充电发射端 - Google Patents

Abstract

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的控制方法和无线充电发射端，所述方法包括：向发射线圈提供激励电流，以使所述至少两个发射线圈的激励电流呈第一比例；在接收端的输出电压位于预设电压范围的情况下，基于各发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例；在接收端的输出电压位于预设电压范围之外的情况下，调整各发射线圈的激励电流的幅度，以使输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。本发明在接收端输出电压位于预设电压范围之外时，先保持各发射线圈的激励电流的第一比例、调整各激励电流的幅值，以快速的调整接收端的输出电压，再进行充电效率的调整，可以兼顾控制效率和控制效果。

Description

一种无线充电发射端的控制方法和无线充电发射端

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的控制方法和无线充电发射端。

背景技术

无线充电系统可以为用电设备以无线形式进行充电，其通常包括发射端和接收端，发射端和接收端通过无线形式进行交变磁场的交互来进行电能传输。近年来，无线充电系统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。

目前的无线充电发射端，可以设置多个发射线圈来提供多个方向的磁场，从而支持接收端以多种空间姿态摆放方式进行充电。利用具有多发射线圈的发射端对接收端传输电能时，需要对各发射线圈的工作参数进行控制，从而提高接收端的充电效率。然而，目前的发射端控制方法，要么控制效率低，要么控制效果差、无线充电系统的效率不高。

发明内容

本发明实施例提供一种无线充电发射端的控制方法和无线充电发射端，该控制方法和使用该控制方法的无线充电发射端，在进行发射控制时，能兼具控制效率和控制效果。

第一方面，本发明实施例提供一种无线充电发射端的控制方法，所述发射端用于向接收端发射电能，所述发射端包括至少两个发射线圈和至少两个发射电路，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激励电流；

所述方法包括：

通过所述发射电路向所述发射线圈提供激励电流，以使所述至少两个发射线圈的激励电流呈第一比例；

在所述接收端的输出电压位于预设电压范围的情况下，基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流，其中，所述输入阻抗包括所述接收端的等效负载反射到所述发射线圈的反射电阻；

在所述接收端的输出电压位于所述预设电压范围之外的情况下，调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。

在一些实施例中，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流，包括：

若各所述发射线圈的输入阻抗中存在至少两个不相等的输入阻抗，则基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流。

在一些实施例中，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流，包括：

循环执行所述调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流的步骤，直至各所述发射线圈的输入阻抗中任意两个输入阻抗之间的差小于或者等于预设差值阈值。

在一些实施例中，所述调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内，包括：

在所述至少两个发射线圈的激励电流保持所述第一比例的前提下，调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。

在一些实施例中，所述调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内，包括：

在所述输出电压大于所述预设电压范围的最高电压时，降低各所述发射线圈的激励电流的幅度，在所述输出电压小于所述预设电压范围的最小电压时，提高各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。

在一些实施例中，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，包括

基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，以使调整后的所述第一比例相对于调整前的所述第一比例的变化与所述发射线圈的输入阻抗的比例正相关。

在一些实施例中，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，以使调整后的所述第一比例相对于调整前的所述第一比例的变化与所述发射线圈的输入阻抗的比例正相关，包括：

将各所述发射线圈的输入阻抗的比值乘以所述第一比例作为调整后的第一比例。

在一些实施例中，所述方法还包括：

获取第一比例的初始值，具体包括：

通过所述发射电路向各所述发射线圈提供相同的激励电流；

获取各所述发射线圈的输入阻抗的比例；

将所述输入阻抗的比例作为所述第一比例的初始值。

在一些实施例中，所述方法还包括：

获取第一比例的初始值，具体包括：

分别单独向各个所述发射线圈提供相同的激励电流，获得各个所述发射线圈单独发射时对应的接收端的输出电压；

获取各个所述发射线圈单独发射时对应的接收端的输出电压的比例；

将所述接收端的输出电压的比例作为所述第一比例的初始值。

在一些实施例中，所述输出电压为所述接收端整流器的输出电压。

第二方面，本发明实施例提供一种无线充电发射端，包括：

至少两个发射线圈和至少两个发射电路，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激励电流；

控制器，与所述发射电路电性连接，用于执行上述的方法。

本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：本发明实施例先基于第一比例向各发射线圈提供激励调流，在接收端的输出电压位于预设电压范围之外时，先在保持各发射线圈的激励电流为第一比例的前提下，改变发射线圈的激励电流的幅度，以使输出电压快速收敛于预设电压范围，以使接收端输出稳定的电压，满足负载的充电需求。

在接收端的输出电压位于预设电压范围之内后，再对各发射线圈的激励电流的比例进行调整，以提高充电效率。即基于各发射线圈的输入阻抗调整第一比例。例如，使输入阻抗较大的发射线圈对应的第一比例中的值变大。

本发明实施例先保持各发射线圈的激励电流的第一比例、调整各激励电流的幅值，以快速的调整接收端的输出电压，再进行充电效率的调整，可以兼顾控制效率和控制效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无线充电系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一无线充电系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的发射端中发射电路的电路结构示意图；

图4是本发明实施例提供接收端中接收端内部电路的电路结构示意图；

图5是本发明实施例提供的无线充电发射端的控制方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的无线充电系统中发射线圈和接收线圈的耦合状态示意图；

图7是本发明又一实施例提供的无线充电发射端的控制方法的流程图。

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是一种无线充电系统100的示意图，无线充电系统100包括发射端10和接收端20，发射端10用于连接直流电源200，将直流电源200提供的电能通过无线形式传输给接收端20，以实现为接收端20充电。接收端20可以为任何合适的需要充电的设备，例如智能终端、医疗设备和电动汽车等。

发射端10包括至少两个发射线圈和至少两个发射电路，发射线圈和发射电路一一对应，一个发射线圈连接一个发射电路，每个发射电路还连接直流电源200，用于将直流电源200提供的直流电转换成交流电，并将交流电提供给发射线圈，发射线圈将该交流电通过交变磁场的形式进行发射。

发射端10还包括发射端控制器，发射端控制器用于根据发射端的发射要求，控制发射电路的电压、电流和频率变换参数，以控制发射线圈中交流电的电压和/或电流输出调节。

接收端20至少包括接收线圈、接收端内部电路和负载，在接收线圈与发射线圈耦合时，接收线圈接收到发射线圈传递的电能，接收线圈感应到交流电，接收端内部电路将该交流电进行一系列变换，输出合适的直流电，为负载充电，负载例如设置于接收端内部的电池。

接收端还包括接收端控制器，接收端控制器用于根据为负载充电的实际需求，控制接收端内部电路的电压、电流和/或频率变换参数调节。

发射端控制器和接收端控制器之间进行无线通信，发射端控制器和接收端控制器之间可以采用任何合适的无线通信方式，例如蓝牙、无线宽带、射频识别技术和近距离无线通信技术等。

图2示例性的示出了发射端10和接收端20中与充电功能相关的部分电路结构，其中图2中以两个发射线圈和两个发射电路为例，在其他实施例中，也可以包括更多的发射线圈和发射电路。

如图2所示，发射端10包括第一发射线圈11和第二发射线圈12，第一发射线圈11连接第一发射电路13，第二发射线圈12连接第二发射电路14。第一发射电路13和第二发射电路14还分别连接直流电源200。

发射端控制器15分别连接第一发射电路13和第二发射电路14的控制端（图未示出连接关系），用于分别对第一发射电路13和第二发射电路14进行控制，控制各发射电路的电压、电流和频率变换参数调节等。

接收端20包括接收线圈21和接收端内部电路22，接收端内部电路22分别与接收线圈21和负载23相连。

接收端控制器24连接接收端内部电路22的控制端（图未示出连接关系），用于控制接收端内部电路22的电压、电流和/或频率变换参数调节等。

在一些实施例中，发射电路至少包括逆变电路，逆变电路用于将直流电源200提供的直流电转换成交流电。具体的，逆变电路可以是全桥逆变电路，也可以是半桥逆变电路，或者是其他将直流转换为交流的逆变电路。

在另一些实施例中，发射电路还可以包括DC/DC变换电路，所述DC/DC变换电路用于对所述直流电进行升压或者降压变换。发射电路还可以包括调谐/补偿电路，用于对发射线圈进行调谐和补偿。

图3示出了一种发射电路的电路结构，在图3所示的实施例中，第一发射电路13包括第一DC/DC变换电路131、第一逆变电路132和第一调谐/补偿电路133，第一逆变电路132分别和第一DC/DC变换电路131和第一调谐/补偿电路133连接。

在一些实施例中，发射端控制器15可以由硬件器件搭建成的，例如，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，以完成本发明各个实施例所述的无线充电发射端的控制方法。发射端控制器15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。

在一些实施例中，接收端内部电路至少包括整流电路，用于将交流电转换成直流电。具体的，整流电路可以为二极管全桥整流电路，也可以为开关管同步整流电路、半桥整流电路，或者其他将交流转换为直流的整流电路。

在另一些实施例中，接收端内部电路还可以包括DC/DC变换电路，所述DC/DC变换电路用于对所述直流电进行升压或者降压变换。

图4示出了接收端内部电路的一种电路结构，在图4所示的实施例中，接收端内部电路22包括整流电路221和第二DC/DC变换电路222。

接收端控制器24可以采用与发射端控制器15类似的硬件结构，其可以与发射端控制器15的结构相同，也可以与发射端控制器15的结构不同。

由于发射端10设置至少两个以上的发射线圈，至少两个发射线圈可以提供多个方向的磁场，从而可以支持接收端以多种空间摆放方式进行充电。为了提高接收端20的充电效率，需对发射线圈的工作参数进行控制。

例如，哪个发射线圈与接收线圈的耦合强度更高，则使该发射线圈具有更高的激励电流，从而可以使该发射线圈产生更高的磁场。由于接收线圈与该发射线圈的强耦合，接收线圈能获得更多的电能，从而提高了接收线圈的充电效率。

可以通过多种方式确定发射线圈与接收线圈的耦合强度，可以在发射端10向接收端20正式传输功率前，先用特定的激励电流（例如1A）分别单独激励各发射线圈，并分别检测接收端的输出电压（例如接收端整流电路的输出电压），通过该输出电压可以反映接收线圈和发射线圈的耦合强度，输出电压越大，则耦合强度越大。

该接收端的输出电压可以由接收端控制器24通过无线传输的方式发送给发射端控制器15，在其中一些实施例中，为避免互相干扰，该无线传输的频率可以与激励电流的频率不相同。

例如，以图2和图4所示实施例为例说明，在接收端20充电开始前，接收端20的整流电路221的负载23接近开路。发射端控制器15控制第一发射电路13以一个特定交流电流（如1A）驱动第一发射线圈11，此时通过接收线圈21与第一发射线圈11间的耦合感应出交流电压，并通过整流电路221得到直流电压Va，接收端控制器24将该Va的值传输给发射端控制器15。

然后，发射端控制器15控制第二发射电路14以上述特定交流电流驱动第二发射线圈12，此时，接收端20的整流电路221输出直流电压Vb，接收端控制器24将该Vb的值传输给发射端控制器15。

则，如果Va大于Vb，第一发射线圈11与接收线圈21的耦合强度大于第二发射线圈12与接收线圈21的耦合强度，如果Va小于Vb，第一发射线圈11与接收线圈21的耦合强度小于第二发射线圈12与接收线圈21的耦合强度。

在一些实施例中，可以认为各发射线圈和接收线圈的耦合强度与接收端的输出电压成正比，即第一发射线圈11和接收线圈21的耦合强度和第二发射线圈12和接收线圈21的耦合强度的比值与Va/Vb为正比例关系。

则，可以根据Va/Vb，调整第一发射线圈11和第二发射线圈12的激励电流，使各发射线圈的激励电流之比大致接近Va/Vb。

接收端20可以通过设置电压检测电路来检测接收端的输出电压，例如，该接收端的输出电压为接收端整流电路的输出电压时，该电压检测电路可以连接于整流电路的两个输出端，以检测整流电路的输出电压。

依据以相同电流单独激励各发射线圈、测得的接收端的输出电压，以及以相同电流同时激励各发射线圈、测得的接收端的输出电压，还可以获得各发射线圈与接收线圈间耦合的相位关系（同相或反相）。

在激励电流相同的条件下，如果同时激励各发射线圈获得的输出电压、大于或等于单独激励发射线圈获得的输出电压的最大值，则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。应保持各发射线圈的激励电流为同相位，以使接收线圈上的感应电流同相结合。

在激励电流相同的条件下，如果同时激励各发射线圈获得的输出电压、小于单独激励发射线圈获得的输出电压的最大值，则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。应改变部分发射线圈的激励电流的相位，使各发射线圈的激励电流为反相位，以使接收线圈上的感应电流同相结合。

还以图2和图4所示实施例为例说明，接收端10获得单独激励第一发射线圈11和第二发射线圈12、测得接收端整流电路221的输出电压Va和Vb后，以上述特定交流电流同时激励第一发射线圈11和第二发射线圈12，测得整流电路221的输出电压Va+b，接收端控制器24将该Va+b的值通过无线传输的方式传输给发射端控制器15。

发射端控制器15对Va、Vb和Va+b的值进行比较，如果Va+b≥Max(Va,Vb)，则第一发射线圈11和第二发射线圈12与接收端线圈21的耦合关系为同相耦合关系，需要配置第一发射线圈11的激励电流和第二发射线圈12的激励电流为同相位。如果Va+b＜Max(Va,Vb)，则第一发射线圈11和第二发射线圈12与接收端线圈21的耦合关系为反相耦合关系，需要配置第一发射线圈11的激励电流和第二发射线圈12的激励电流为反相位。

还可以通过检测发射线圈的输入阻抗来获得发射线圈与接收线圈的耦合强度，所述发射线圈的输入阻抗，为接收端的等效负载反射到发射线圈的反射阻抗，即接收线圈和负载通过线圈之间的耦合反射到发射线圈的反射阻抗，等效为与发射线圈串联的一个阻抗，对于发射线圈来说，这个等效的阻抗相当于发射线圈的输入阻抗。

因为，这个发射线圈的输入阻抗，源于发射线圈与接收线圈的耦合作用，因此，发射线圈的输入阻抗的大小能反映发射线圈与耦合线圈之间的耦合强度大小。

当各发射线圈的激励电流相等时，由于各发射线圈生成的磁场强度大致相等，因此，消除了不同磁场强度对耦合强度的影响，发射线圈的输入阻抗能准确反映每路发射线圈与接收线圈之间的耦合强度。

因此，在其中一些实施例中，可以使各发射线圈通入相同的激励电流，然后获得各发射线圈的输入阻抗，输入阻抗越大的发射线圈，说明该发射线圈与接收线圈的耦合强度越大，则可以依据输入阻抗提高该发射线圈的激励电流。

即，在各发射线圈通入相同的激励电流时，发射线圈的输入阻抗反映发射线圈与接收线圈的耦合强度，可以基于发射线圈的输入阻抗的大小调整发射线圈的激励电流，输入阻抗越大，则发射线圈的激励电流越大。

发射端10可以通过设置检测电路测量逆变电路的输出电压或发射线圈的输入电压，以及流过发射线圈的电流以及电流相位，然后根据所述输出电压或输入电压、以及电流和电流相位计算获得所述发射线圈的输入阻抗。

由于通过单独激励发射线圈、获得接收端输出电压来获取线圈间耦合强度的方式，只适用于发射端10向接收端20正式传输功率前，因为，只有在功率传输开始前，接收端的负载可以被断开，此时线圈之间的耦合强度才和接收端输出电压成正比关系。而功率传输开始后，需接入负载，此时无法再通过对接收端输出电压的测量，获得准确的线圈之间的耦合强度关系，而且，功率传输开始后，也无法实现单独激励发射线圈。

因此，在功率传输开始前，可以通过以相同的激励电流单独激励发射线圈、获得接收端输出电压来获得线圈间的耦合强度，并根据耦合强度向发射线圈提供激励电流。在功率传输开始后，可以先向各发射线圈提供相同的激励电流，然后通过检测发射线圈的输入阻抗来获得线圈间的耦合强度，并根据获得的耦合强度向发射线圈提供激励电流。

在其中一个实施例中，仍以图2和图4所示实施例为例说明，在接收端充电开始前（即功率传输开始前），发射端轮流向第一发射线圈和第二发射线圈提供相同的激励电流，分别获得接收端整流电路的输出电压Va和Vb，根据Va/Vb，调整第一发射线圈和第二发射线圈的激励电流的幅度。

在充电过程中（即功率传输开始后），向第一发射线圈和第二发射线圈提供相同的激励电流，然后通过检测发射线圈的输入阻抗来获得线圈间的耦合强度，如果第一发射线圈与接收线圈的耦合强度大于第二发射线圈与接收线圈的耦合强度，则提高第一发射线圈的激励电流，反之，则提高第二发射线圈的激励电流。

上述控制方式能依据线圈间的耦合强度对线圈的激励电流进行控制，能提高接收端的充电效率。然而，仍存在一定的局限性。

首先，只有在各发射线圈的激励电流相等时，发射线圈的输入阻抗的比值才能准确反映每路发射线圈与接收线圈之间耦合强度的比值。一旦发射线圈上的激励电流不再相等，输入阻抗的关系就不能准确表示耦合强度的关系，此时将无法使充电效率达到较优的状态。

另外，开始充电后，接收端的位置或空间姿态可能会发生变化，则接收线圈与每个发射线圈的耦合强度也会随之改变。之前确定的发射线圈激励电流分配方案已经不再是最优的电流组合。一方面此时无法停止功率传输，通过单独激励发射线圈的方式，获得线圈间的耦合关系。另一个方面，由于各发射线圈的激励电流不相等，也无法通过检测发射线圈的输入阻抗，获得准确的线圈间的耦合强度关系。因此，上述控制方式无法完成依据线圈间的耦合强度为发射线圈分配激励电流的闭环控制。

图5示出了无线充电发射端的控制方法的一个实施例的流程图，该方法可以应用于上述发射端10，所述方法包括：

101：通过所述发射电路向所述发射线圈提供激励电流，以使所述至少两个发射线圈的激励电流呈第一比例。

即根据第一比例通过发射电路向各发射线圈提供较佳电流组合，使各发射线圈的激励电流呈第一比例，呈第一比例是指各激励电流之间的比为第一比例，或者与第一比例相差不多，该相差的值可以根据该无线充电发射端的实际应用情况进行经验设置。

其中，第一比例为当前时间段内各激励电流的较佳比例，其可以为预先获取的比例初始值，也可以是经过调整之后的值。所述比例初始值可以是测量各发射线圈与接收线圈的耦合强度、并根据耦合强度确定的比例。

在其中一个实施例中，采用以相同激励电流分别单独激励各发射线圈、并分别检测接收端的输出电压来获取所述第一比例的初始值。即在发射端向接收端正式传输功率前，先分别单独向各个发射线圈提供相同的激励电流，并获得各个发射线圈单独发射时对应的接收端的输出电压。将各个发射线圈单独发射时对应的接收端的输出电压的比例，作为所述第一比例的初始值，如前述实施例的Va/Vb。

在其中一些实施例中，还可以根据单独激励各发射线圈、测得的接收端的输出电压，以及同时激励各发射线圈、测得的接收端的输出电压，获得各发射线圈与接收线圈间耦合的相位关系，并根据该相位关系，调整各发射线圈的激励电流的相位，以使接收线圈上的感应电流同相结合。

在另一些实施例中，通过检测各发射线圈的输入阻抗来获得所述第一比例的初始值，即先通过各发射电路向各发射线圈提供相同的激励电流，获取各发射线圈的输入阻抗，将各发射线圈的输入阻抗的比例作为所述第一比例的初始值。

102：在所述接收端的输出电压位于预设电压范围的情况下，基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流。

103：在所述接收端的输出电压位于所述预设电压范围之外的情况下，调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。

其中，预设电压范围的最大值取决于后继电路的耐压能力，最小值取决于后继电路的最低输入电压。以图2和图4所示的实施例为例，整流电路后接第二DC/DC变换电路和负载，整流电路输出直流电压，第二DC/DC变换电路将直流电压变换为负载所能接受的电压，并为负载进行充电。则，在该实施例中，预设电压范围的最大值取决于第二DC/DC变换电路的耐压能力，预设电压范围的最小值取决于第二DC/DC变换电路的最低输入电压。

当接收端的负载发生变化、或者接收端位置或空间姿态发生变化时，接收端的输出电压可能发生变化。在接收端的输出电压位于预设电压范围之外时，先改变发射线圈的激励电流的幅度，以使输出电压快速收敛于预设电压范围，以使接收端输出稳定的电压，满足负载的充电需求。

例如，在接收端的输出电压大于预设电压范围的最高电压时，降低各激励电流的幅度。在接收端的输出电压小于预设电压范围的最小电压时，提高各激励电流的幅度。如此，使输出电压逐渐收敛于预设电压范围。

在接收端的输出电压位于预设电压范围之内后，再对各发射线圈的激励电流的比例进行调整，以提高充电效率。即基于各发射线圈的输入阻抗调整第一比例。例如，使输入阻抗较大的发射线圈对应的第一比例中的值变大。如，第一发射线圈和第二发射线圈的第一比例为3:5，此时测得第一发射线圈的输入阻抗大于第二发射线圈的输入阻抗，则调整第一比例，例如调整为5:4。

在其中一些实例中，调整后的第一比例相对于调整前的第一比例的变化与发射线圈的输入阻抗的比例正相关。即，当各发射线圈的输入阻抗的比例大于1时，则调整后的第一比例相对于调整前的第一比例变大，当各发射线圈的输入阻抗的比例小于1时，则调整后的第一比例相对于调整前的第一比例变小。

在其中一些实施例中，调整后的第一比例为各发射线圈的输入阻抗的比值乘以第一比例。

输入阻抗较大的发射线圈与接收线圈的耦合强度较大，提高该发射线圈的第一比例中的值，即提高该发射线圈的激励电流的配比，则能提高充电效率。

其中，调整各发射线圈的激励电流的幅度，以使输出电压逐渐收敛于预设电压范围，可以在至少两个发射线圈的激励电流保持第一比例的前提下，调整各发射线圈的激励电流的幅度。亦可以使各发射线圈的激励电流不受第一比例的限制，调整各发射线圈的激励电流的幅度，使输出电压逐渐收敛于预设电压范围。

本发明实施例，在接收端的输出电压不满足预设电压范围时，先优先调整各发射线圈的激励电流的幅度，以使接收端的输出电压快速收敛于预设电压范围，之后，再基于发射线圈的输入阻抗调整各发射线圈的激励电流的比例，以提高充电效率。

通常情况下，充电效率调整速度较慢，可能需要多次调整第一比例，才能达到一个较优的充电效率，而电流幅值变化对输出电压的影响较快。本发明实施例先保持各发射线圈的激励电流的第一比例、调整各激励电流的幅值，以快速的调整接收端的输出电压，再进行充电效率的调整，可以兼顾控制效率和控制效果。

需要说明的是，本发明实施例中，对输出电压和充电效率的调节可能为一循环过程，则相对于当前次的输出电压和充电效率的调节来说，第一比例指的是前一次调节中获得的经过调整的第一比例。

在其中一些实施例中，基于各发射线圈的输入阻抗调整第一比例，以提高传输效率的目标为各发射线圈的输入阻抗大致相同。因为，在各发射线圈的输入阻抗大致相同时，能达到较优的传输效率。

在部分实施例中，由于各发射线圈的输入阻抗较难达到相等的状态，因此，该目标可以为任意两个输入阻抗之间的差小于或者等于预设差值阈值。即，基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流，直至各所述发射线圈的输入阻抗中任意两个输入阻抗之间的差小于或者等于预设差值阈值。

在另一部分实施例中，该目标为只要发射线圈中存在输入阻抗不相等的发射线圈，则不停的调整第一比例，并根据调整后的第一比例分别向至少两个发射线圈提供激励电流。

以下针对多种为各个发射线圈分配激励电流的控制方式，说明基于各发射线圈与接收线圈的耦合强度比例向发射线圈提供激励电流、且各发射线圈的输入阻抗大致相等时，能达到较佳的传输效率。为叙述方便，仍以图2和图4所示的实施例为例说明。

如图6所示，第一发射线圈由交流电流 I₁(即第一发射线圈的激励电流)驱动，I₁由第一逆变电路产生，第二发射线圈由交流电流I₂(即第二发射线圈的激励电流)驱动，I₂由第二逆变电路产生。第一发射线圈和接收线圈之间的耦合（互感）记为 M₁，第二发射线圈和接收线圈之间的耦合记为M₂。如前所述，可以基于耦合作用关系调整电流I₁、I₂的相位，使得接收线圈的感应交流电压同相相加。接收线圈产生的交流电压为V_RX，V_Rx、I₁、I₂、M₁和M₂满足如下关系：

（1）

其中，ω为无线电能传输系统的工作角频率，为常数。

负载处的接收功率为：

（2）

其中，R_L为接收端的等效负载。

此处，假设发射线圈和接收线圈在功率传输期间调谐至工作频率下的谐振，输入阻抗为实数值。第一发射线圈、第二发射线圈和接收线圈的等效串联电阻远远小于Z_Tx1、Z_Tx2和R_L。则，第一发射线圈和第二发射线圈的发射功率分别为：

（3）

其中， Z_Tx1为第一发射线圈的输入阻抗， Z_Tx2为第二发射线圈的输入阻抗，P_Tx1为第一发射线圈的发射功率，P_Tx2为第二发射线圈的发射功率。

每个发射线圈的功率贡献之比等于每个发射线圈的电压贡献之比，即：

（4）

从损耗的角度来看，对于相同的接收电压和相同的负载接收功率，系统损耗（和功率传输效率）的差异由第一发射线圈和第二发射线圈上的欧姆损耗决定。发射线圈上的总功率损耗可以表示为：

其中，P_Loss为所述总功率损耗， R_Coil是发射线圈的交流电阻，此处，假设第一发射线圈和第二发射线圈的交流电阻相同。

（1）等电流分布控制方法

所谓等电流分配控制方法，即是使各发射线圈保持相同的激励电流，发射端同时调整各发射线圈的激励电流，始终使各发射线圈的激励电流的比例为1，以应对接收端负载的变化实现稳定的V_Rx。在该控制方法中，I₁和I₂相同，可以均用电流I_a表示：

则，发射线圈上的总功率损耗P_Lossa为：

（5）

假设理想状态下，发射功率等于接收功率，则有：

代入式（2）、式（3）和式（4）可以解得第一发射线圈的输入阻抗和第二发射线圈的输入阻抗分别为：

（6）

由式（6）也可以看出，当各发射线圈的电流相同时，各发射线圈的输入阻抗的比值可以反映耦合强度的比值，即：

（2）选择耦合强度高的发射线圈单独传输功率

该方法是基于检测到的发射线圈和接收线圈之间的耦合强度，选择耦合强度较高的发射线圈与接收线圈进行功率传输。当接收线圈和发射线圈之间的耦合强度发生变化时，发射端会持续仅将激励电流提供给耦合强度更强的发射线圈。

假设第一发射线圈与接收线圈具有更高的耦合强度，即 M1>M2，则I₁可以用电流I_b表示，I₂为0，：

发射线圈上的总功率损耗P_Lossb为：

（7）

第一发射线圈的输入阻抗为：

（3）为各发射线圈分配较佳的激励电流组合

所谓为各发射线圈分配较佳的激励电流组合，即基于各发射线圈和接收线圈之间的耦合强度，根据各发射线圈与接收线圈的耦合强度的比例，向发射线圈提供激励电流，得到各发射线圈同时向一个接收线圈传输功率时的最佳发射线圈电流分布，即，发射线圈与接收线圈间的耦合强度更高，提供给该发射线圈的激励电流越大。可以表示为：

其中，I_C为单位电流值。

接收端输出电压V_Rx为：

则，

发射线圈上的总功率损耗P_Lossc为：

（8）

可以推导出第一发射线圈和第二发射线圈的输入阻抗是相同的，为：

由式（5）、式（7）和式（8）可得：

在M1>M2时，以下关系始终成立：

（9）

（10）

由式（9）和式（10）可知，第三种控制方式，即为各发射线圈分配较佳的激励电流组合（即使各发射线圈的激励电流保持第一比例）的控制方式，发射线圈上的总功率损耗相对较小，能获得较佳的传输效率。而且，在各发射线圈上的输入阻抗（即接收端的等效负载反射到所述发射线圈的反射电阻）相同时，发射功率等于接收功率（仅为理想状态），传输效率更高。

假设第一发射线圈的激励电流、第二发射线圈的激励电流与接收端输出电压的关系为：

其中，I₀为单位电流值，并且第一发射线圈的输入阻抗和第二发射线圈的输入阻抗相同，即：

在这种情况下，总的发射线圈损耗为：

当发射线圈与接收线圈间的耦合发生变化时，假设 M₁增加到 M₁₊，两个发射线圈的激励电流保持不变，而接收端的输出电压增加到V_Rx+，其中：

假设V_Rx+大于预设电压范围的最大值，则接收端在保持各激励电流呈第一比例的前提下，减少提供给两个发射线圈的激励电流的幅度。因此，两个发射线圈的激励电流I₁-和 I₂-成比例地减小，以减小接收端输出电压的值，使其回到预设电压范围。其中：

其中，I_0-为单位电流值，并且减少的电流可以导出为：

此时，发射线圈上的总损耗P_loss+为：

此时的发射线圈上的总损耗，大于此耦合条件下发射线圈的最小总损耗：P_Lmin。

在前述操作中，对接收端输出电压进行了调整，在接收端的输出电压收敛至预设电压范围之后，将对传输效率进行优化。

此时，第一发射线圈和第二发射线圈的输入阻抗可以推导出：

具有较高耦合强度的发射线圈具有较高的输入阻抗，如仍将各激励电流保持第一比例，将无法使各发射线圈的激励电流处于较优的分布。因此，需调整第一比例，以便使无线充电系统可以缓慢收敛到较佳效率点。

一旦检测到输入阻抗 Z_Tx1- 和 Z_Tx2-的差异，接收端将提高具有更高输入阻抗的发射线圈的激励电流的配比。例如，可以通过两个发射线圈的输入阻抗的比值α来增加 I_1-，即在第一比例的基础上，乘以测得的输入阻抗的比值，其中：

第一发射线圈和第二发射线圈的新的激励电流之比为：

可以看出，调整后的各发射线圈的激励电流之比等于各发射线圈和接收线圈之间的耦合强度比。因此，利用将各发射线圈的输入阻抗的比值乘以第一比例，来调整第一比例的方法，可以始终使各发射线圈的激励电流之比遵从各发射线圈和接收线圈之间的耦合强度之比，能提高传输效率。而且，此时，

发射线圈的总损耗低、无线传输系统又回到了较优的传输效率。

图7示出了本发明无线充电发射端控制方法的一个实施例，如图7所示，图7左侧（包括步骤705、706和707）为调整接收端的输出电压的电压控制环，该控制环的目的是将接收端的输出电压调整至预设电压范围内。图7右侧（包括步骤701、703和704）为效率控制环，该控制环的目的是将无线充电系统调整至较佳的传输效率。

通过步骤702判断接收端的输出电压是否位于预设电压范围内，如果位于预设电压范围内，则进行右侧的效率控制环调节，如果位于预设电压范围外，则先进行左侧的电压控制环调节。步骤700用于获取第一比例的初始值。

电压控制环调整速度较快，可以快速的将接收端输出电压收敛至预设电压范围内，效率控制环调整速度相对较慢，可以逐渐将无线充电系统调整至较优的传输效率，因此，本发明实施例电压控制环+效率控制环的控制方式兼具控制效率和控制效果。

且效率控制环中，以各发射线圈的输入阻抗大致相等（或者输入阻抗之前的差小于预设差值阈值）为控制目标，可使无线传输系统达到较优的传输效率。

需要说明的是，图7所示的实施例中，以各发射线圈的输入阻抗相等为控制目标，因为在实际应用中，各发射线圈的输入阻抗很难达到彼此相等，因此，在图7所示的实施例中，效率控制环会循环执行，直至因为接收端的输出电压位于预设电压范围外而中止。发射端开始执行电压控制环的操作。

在效率控制环中，将各发射线圈的输入阻抗的比值乘以第一比例，来调整第一比例，能将第一比例调整至遵从各发射线圈与接收线圈的耦合强度之比，提高了效率控制环的收敛速度。

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 (11)

1.一种无线充电发射端的控制方法，其特征在于，所述发射端用于向接收端发射电能，所述发射端包括至少两个发射线圈和至少两个发射电路，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激励电流；

所述方法包括：

通过所述发射电路向所述发射线圈提供激励电流，以使所述至少两个发射线圈的激励电流呈第一比例；

在所述接收端的输出电压位于预设电压范围的情况下，基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流，其中，所述输入阻抗包括所述接收端的等效负载反射到所述发射线圈的反射电阻；

在所述接收端的输出电压位于所述预设电压范围之外的情况下，调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流，包括：

若各所述发射线圈的输入阻抗中存在至少两个不相等的输入阻抗，则基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流，包括：

循环执行所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，并根据调整后的所述第一比例分别向所述至少两个发射线圈提供激励电流的步骤，直至各所述发射线圈的输入阻抗中任意两个输入阻抗之间的差小于或者等于预设差值阈值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内，包括：

在所述至少两个发射线圈的激励电流保持所述第一比例的前提下，调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调整各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内，包括：

在所述输出电压大于所述预设电压范围的最高电压时，降低各所述发射线圈的激励电流的幅度，在所述输出电压小于所述预设电压范围的最小电压时，提高各所述发射线圈的激励电流的幅度，以使所述输出电压逐渐收敛于所述预设电压范围内。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，包括

基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，以使调整后的所述第一比例相对于调整前的所述第一比例的变化与所述发射线圈的输入阻抗的比例正相关。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于各所述发射线圈的输入阻抗调整所述第一比例，以使调整后的所述第一比例相对于调整前的所述第一比例的变化与所述发射线圈的输入阻抗的比例正相关，包括：

将各所述发射线圈的输入阻抗的比值乘以所述第一比例作为调整后的第一比例。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取第一比例的初始值，具体包括：

通过所述发射电路向各所述发射线圈提供相同的激励电流；

获取各所述发射线圈的输入阻抗的比例；

将所述输入阻抗的比例作为所述第一比例的初始值。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取第一比例的初始值，具体包括：

分别单独向各个所述发射线圈提供相同的激励电流，并获得各个所述发射线圈单独发射时对应的接收端的输出电压；

获取各个所述发射线圈单独发射时对应的接收端的输出电压的比例；

将所述接收端的输出电压的比例作为所述第一比例的初始值。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出电压为所述接收端整流器的输出电压。

11.一种无线充电发射端，其特征在于，包括：

至少两个发射线圈和至少两个发射电路，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激励电流；

控制器，与所述发射电路电性连接，用于执行权利要求1-10任一项所述的方法。

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