CN114157045B - 无线充电装置和电器设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种无线充电装置和电器设备，该无线充电装置包括控制装置、温度检测装置和供电装置，控制装置连接温度检测装置和供电装置，供电装置用于以无线方式给电器装置供电。通过温度检测装置可进行温度检测，使得控制装置能够根据检测到的温度调整输送至供电装置的控制信号。通过结合温度变化调节供电装置的控制信号来调整充电转换效率，从而降低温度，有效提高充电效率和能量转换效率。

Description

无线充电装置和电器设备
技术领域
本申请涉及设备充电控制技术领域，特别是涉及一种无线充电装置和电器设备。
背景技术
随着科技的发展和社会的不断进步，越来越多种类的电器设备出现在人们的日常生活和工作中。为了方便电器设备的使用和充电管理，可采用无线充电方式对电器设备进行充电。传统的无线充电设备是通过设定参数工作，将电源通过线圈以无线方式传输进行充电，会产生大量的热量，造成能量损耗，存在充电效率和能量转换效率过低的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对传统的无线充电设备充电效率和能量转换效率过低的问题，提供一种无线充电装置和电器设备，能达到有效提高充电效率和能量转换效率的效果。
一种无线充电装置，包括控制装置、温度检测装置和供电装置，所述控制装置连接所述温度检测装置和所述供电装置，所述供电装置用于以无线方式给电器装置供电。
在其中一个实施例中，所述温度检测装置用于进行温度检测，并发送温度数据至所述控制装置；所述控制装置用于在所述温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至所述供电装置的控制信号，并以温度检测装置检测到的温度最低时的控制信号对所述供电装置进行供电控制；所述控制装置包括发射端主板和设置于所述发射端主板的发射端主芯片，所述发射端主芯片连接所述温度检测装置和所述供电装置。
在其中一个实施例中，所述供电装置包括交流逆变器和发射端线圈，所述交流逆变器连接所述发射端主芯片和所述发射端线圈。
在其中一个实施例中，所述温度检测装置包括连接所述发射端主芯片的第一温度检测单元、第二温度检测单元和第三温度检测单元，所述第一温度检测单元用于检测环境温度，所述第二温度检测单元设置于所述发射端主板，所述第三温度检测单元设置于所述发射端线圈。
在其中一个实施例中，所述预设调节条件包括：NTC2+NTC3-2NTC1>n摄氏度；其中，NTC1为第一温度检测单元检测的温度，NTC2为第二温度检测单元检测的温度，NTC3为第三温度检测单元检测的温度，n为预设温度阈值。
在其中一个实施例中，所述第一温度检测单元、所述第二温度检测单元和所述第三温度检测单元均为NTC电阻。
在其中一个实施例中，所述控制装置还用于根据所述温度检测装置检测的环境温度，分析设定温度范围内每个温度调节幅度下充电转换效率最高时控制信号的幅值，得到各温度调节幅度所对应的信号调节值进行保存。
在其中一个实施例中，所述控制装置还用于在接收到电器装置发送的反馈信号时，控制所述供电装置增大发射功率，并再次根据所述温度检测装置发送的温度数据调整输送至所述供电装置的控制信号。
一种电器设备，包括电器装置和上述的无线充电装置。
在其中一个实施例中，所述电器装置为温控器。
上述无线充电装置和电器设备，通过温度检测装置可进行温度检测，使得控制装置能够根据检测到的温度调整输送至供电装置的控制信号。通过结合温度变化调节供电装置的控制信号来调整充电转换效率，从而降低温度，有效提高充电效率和能量转换效率。
附图说明
图1为一实施例中电器设备的无线充电场景图；
图2为一实施例中无线充电装置的场景图；
图3为一实施例中无线充电装置的结构框图；
图4为一实施例中无线充电能量利用示意图；
图5为一实施例中无线充电温控器效率转换原理示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语包括相关所列项目的任何及所有组合。
本申请提供的无线充电装置，适用于电器设备中进行无线充电。如图1所示，电器设备包括无线充电装置和电器装置，电器装置可以是温控器或其他装置。以无线充电温控器设备为例，其中，无线充电温控器发射端输送交流电至发射端线圈，通过磁场变化传输能量至温控器的接收端线圈，无线充电温控器接收端利用接收端线圈输送的直流电给温控器无线充电，无线射频通讯模块的功能是发射信号和接收信号，通过发送命令达到无线调控的作用。温控器的整机主板用于处理射频命令进行控制。具体地，如图2所示，无线充电温控器发射端包含发射端主芯片和交流逆变器，发射端主芯片发送PWM(Pulse WidthModulation,脉冲宽度调制)信号至交流逆变器，交流逆变器根据接收的PWM信号工作，将输入的直流电压转换为交流电输送至发射端线圈，再由发射端线圈通过磁场传输能量至接收端线圈。通过温度检测装置检测相关温度数据给发射端主芯片，发射端主芯片在温度数据符合预设调节条件时，判定功率转换效率偏低，开始以设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整PWM信号的占空比，并以温度最低时的占空比控制交流逆变器工作，从而降低温度，提高能量转换效率。
在一个实施例中，提供了一种无线充电装置，如图3所示，包括控制装置110、温度检测装置120和供电装置130，控制装置110连接温度检测装置120和供电装置130，供电装置130用于以无线方式给电器装置供电。其中，温度检测装置120用于进行温度检测，并发送温度数据至控制装置110；控制装置110用于在温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置130的控制信号，并以温度检测装置120检测到的温度最低时的控制信号对供电装置130进行供电控制。
控制装置110的具体结构并不唯一，在一个实施例中，控制装置110包括发射端主板和设置于发射端主板的发射端主芯片，发射端主芯片连接温度检测装置120和供电装置130。其中，发射端主板可以是PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板，也可以是其他类型的主板。发射端主芯片在温度检测装置120检测到的温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置130的控制信号，并最终以温度检测装置120检测到的温度最低时的控制信号对供电装置130进行供电控制。其中，控制信号的类型也不是唯一的，本实施例中，控制信号为PWM信号，发射端主芯片按照每个温度调节幅度所对应的信号调节值调节PWM信号的占空比，最终调节稳定处以感应温度最低值为准。
在一个实施例中，供电装置130包括交流逆变器和发射端线圈，交流逆变器连接发射端主芯片和发射端线圈。对应地，交流逆变器根据接收的PWM信号进行工作，对接入的电压进行逆变处理，得到交流电输送至发射端线圈，进而通过磁场传输能量至电器装置的接收端线圈。
在一个实施例中，温度检测装置120包括连接发射端主芯片的第一温度检测单元、第二温度检测单元和第三温度检测单元，第一温度检测单元用于检测环境温度，第二温度检测单元设置于发射端主板，第三温度检测单元设置于发射端线圈。具体地，第一温度检测单元、第二温度检测单元和第三温度检测单元的类型也不是唯一的，可以是采用感温包或温度传感器等。本实施例中，第一温度检测单元、第二温度检测单元和第三温度检测单元均为NTC电阻。其中，第一温度检测单元作为插件NTC电阻，用于检测环境温度，第二温度检测单元作为贴片NTC电阻，用于检测发射端主板和环境温度，第三温度检测单元作为线圈NTC电阻，用于检测发射端线圈温度和环境温度。
预设调节条件的具体内容并不唯一，在一个实施例中，预设调节条件包括：NTC2+NTC3-2NTC1>n摄氏度；其中，NTC1为第一温度检测单元检测的温度，NTC2为第二温度检测单元检测的温度，NTC3为第三温度检测单元检测的温度，n为预设温度阈值。
进一步地，温度调节幅度的具体取值也不是唯一的，可以是1摄氏度，也可以是0.5摄氏度等。在不同温度范围内，每个温度调节幅度对应的信号调节值可以是相同的，也可以是不同的。同样以控制信号为PWM信号为例，则信号调节值为占空比数值。发射端主芯片可预先保存设定温度范围内，每间隔温度调节幅度的占空比数值，在按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置130的控制信号时，则发射端主芯片在检测到的当前温度基础上逐步增加或减少一个温度调节幅度，且每调节一个温度调节幅度后，调取对应的占空比数值，以此来改变输送至供电装置130的PWM信号的占空比。
在一个实施例中，控制装置110还用于根据温度检测装置120检测的环境温度，分析设定温度范围内每个温度调节幅度下充电转换效率最高时控制信号的幅值，得到各温度调节幅度所对应的信号调节值进行保存。
具体地，以温度调节幅度为0.5摄氏度为例，发射端主芯片以第一温度检测单元检测得到的环境温度作为基础进行测试，测试在环境温度下充电转换效率最高时PWM信号的占空比，再分别测试当环境温度变化区间为0到0.5度时最佳PWM占空比，依次类推，将设定温度范围(例如18到36摄氏度)下各环境温度区间下最佳PWM占空比全部写进程序等待调用。在实际供电过程中，发射端主芯片在根据三个温度检测单元检测的温度数据分析符合预设调节条件时，则判定功率转换效率偏低，发射端主芯片开始在当前环境温度的基础上以0.5摄氏度的变化幅度改变PWM波的频率变化，最终调节稳定处以实际感应温度(即NTC2+NTC3-2NTC1的计算值)的最低值为准。
此外，在一个实施例中，控制装置110还用于在接收到电器装置发送的反馈信号时，控制供电装置130增大发射功率，并再次根据温度检测装置120发送的温度数据调整输送至供电装置130的控制信号。具体地，电器装置在检测到供电效率较低时发送反馈信号至控制装置110的发射端主芯片，发射端主芯片再控制供电装置130增大发射功率。具体地，改变发射功率的方式也不是唯一的，可以是通过调节交流逆变器的输入电压、调节PWM信号的占空比和改变线圈匹配度中的一种或多种方式来控制供电装置130的发射功率。在供电装置130增大发射功率后，发射端主芯片再结合三个温度检测单元检测的温度进行调整达到最佳稳定值，即实际感应温度最低值时达到调节稳定。
上述无线充电装置，通过温度检测装置120进行温度检测，控制装置110用于在温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置130的控制信号，并以温度检测装置120检测到的温度最低时的控制信号对供电装置130进行供电控制。通过结合温度变化调节供电装置130的控制信号来调整充电转换效率，从而降低温度，有效提高充电效率和能量转换效率。
在一个实施例中，还提供了一种电器设备，包括电器装置和上述的无线充电装置。本实施例中，电器装置为温控器。其中，温控器包括接收端线圈、无线充电温控器接收端和无线射频通信模块、无线射频通信和主板控制系统模块、整机模块等。接收端线圈输送直流电至无线充电温控器接收端和无线射频通信模块，无线充电温控器接收端和无线射频通信模块通过无线射频方式与无线射频通信和主板控制系统模块进行通信和能量传输，无线射频通信和主板控制系统模块接收信号命令并且进行处理后对整机进行控制。
具体地，无线充电装置包括控制装置、温度检测装置和供电装置，控制装置连接温度检测装置和供电装置，供电装置用于以无线方式给温控器供电；温度检测装置用于进行温度检测，并发送温度数据至控制装置；控制装置用于在温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置的控制信号，并以温度检测装置检测到的温度最低时的控制信号对供电装置进行供电控制。
控制装置包括发射端主板和设置于发射端主板的发射端主芯片，发射端主芯片连接温度检测装置和供电装置。其中，发射端主板可以是PCB板，也可以是其他类型的主板。发射端主芯片在温度检测装置检测到的温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置的控制信号，并最终以温度检测装置检测到的温度最低时的控制信号对供电装置进行供电控制。其中，控制信号为PWM信号，发射端主芯片按照每个温度调节幅度所对应的信号调节值调节PWM信号的占空比，最终调节稳定处以感应温度最低值为准。
供电装置包括交流逆变器和发射端线圈，交流逆变器连接发射端主芯片和发射端线圈。对应地，交流逆变器根据接收的PWM信号进行工作，对接入的电压进行逆变处理，得到交流电输送至发射端线圈，进而通过磁场传输能量至温控器的接收端线圈。
温度检测装置包括连接发射端主芯片的第一温度检测单元、第二温度检测单元和第三温度检测单元，第一温度检测单元用于检测环境温度，第二温度检测单元设置于发射端主板，第三温度检测单元设置于发射端线圈。具体地，第一温度检测单元、第二温度检测单元和第三温度检测单元均为NTC电阻。其中，第一温度检测单元作为插件NTC电阻，用于检测环境温度，第二温度检测单元作为贴片NTC电阻，用于检测发射端主板和环境温度，第三温度检测单元作为线圈NTC电阻，用于检测发射端线圈温度和环境温度。
进一步地，预设调节条件包括：NTC2+NTC3-2NTC1>n摄氏度；其中，NTC1为第一温度检测单元检测的温度，NTC2为第二温度检测单元检测的温度，NTC3为第三温度检测单元检测的温度，n为预设温度阈值。
温度调节幅度的具体取值也不是唯一的，可以是1摄氏度，也可以是0.5摄氏度等。在不同温度范围内，每个温度调节幅度对应的信号调节值可以是相同的，也可以是不同的。同样以控制信号为PWM信号为例，则信号调节值为占空比数值。发射端主芯片可预先保存设定温度范围内，每间隔温度调节幅度的占空比数值，在按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置的控制信号时，则发射端主芯片在检测到的当前温度基础上逐步增加或减少一个温度调节幅度，且每调节一个温度调节幅度后，调取对应的占空比数值，以此来改变输送至供电装置的PWM信号的占空比。
进一步地，控制装置还根据温度检测装置检测的环境温度，分析设定温度范围内每个温度调节幅度下充电转换效率最高时控制信号的幅值，得到各温度调节幅度所对应的信号调节值进行保存。
具体地，以温度调节幅度为0.5摄氏度为例，发射端主芯片以第一温度检测单元检测得到的环境温度作为基础进行测试，测试在环境温度下充电转换效率最高时PWM信号的占空比，再分别测试当环境温度变化区间为0到0.5度时最佳PWM占空比，依次类推，将设定温度范围(例如18到36摄氏度)下各环境温度区间下最佳PWM占空比全部写进程序等待调用。在实际供电过程中，发射端主芯片在根据三个温度检测单元检测的温度数据分析符合预设调节条件时，则判定功率转换效率偏低，发射端主芯片开始进行在当前环境温度的基础上以0.5摄氏度的变化幅度改变PWM波的频率变化，最终调节稳定处以实际感应温度(即NTC2+NTC3-2NTC1的计算值)的最低值为准。
此外，控制装置还在接收到温控器发送的反馈信号时，控制供电装置增大发射功率，并再次根据温度检测装置发送的温度数据调整输送至供电装置的控制信号。具体地，温控器在检测到供电效率较低时发送反馈信号至控制装置的发射端主芯片，发射端主芯片再控制供电装置增大发射功率。具体地，改变发射功率的方式也不是唯一的，可以是通过调节交流逆变器的输入电压、调节PWM信号的占空比和改变线圈匹配度中的一种或多种方式来控制供电装置的发射功率。在供电装置增大发射功率后，发射端主芯片再结合三个温度检测单元检测的温度进行调整达到最佳稳定值，即实际感应温度最低值时达到调节稳定。
上述电器设备，通过温度检测装置进行温度检测，控制装置用于在温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至供电装置的控制信号，并以温度检测装置检测到的温度最低时的控制信号对供电装置进行供电控制。通过结合温度变化调节供电装置的控制信号来调整充电转换效率，从而降低温度，有效提高充电效率和能量转换效率。
为便于更好地理解上述无线充电装置和电器设备，下面以无线充电温控器为例进行详细解释说明。
本申请提供的一种提高无线充电温控器转换效率的方法，通过感温包NTC电阻采样对比温度变化来调控无线充电温控器的PWM控制频率和发射功率，达到最佳匹配度，进而提高充电和能量转换效率。
具体地，本申请以无线充电温控器为基础，提出了一种可以提高无线充电温控器充电效率的方法，如图4所示，无线充电温控器充电器发射源的能量主要用在四个方面：PCB板热量、线圈热量、元器件消耗以及成功转换的电能。转换效率低的充电设备就会在线圈和PCB板上产生大量的热量，造成能量损耗，为了避免温度过高以及充电效率和能量转换效率过低，我们提出以下方法进行调整：
无线充电温控器的转换效率主要跟以下几个方面有关：充电距离、线圈匹配度、PWM波以及谐振电容匹配度。PWM外的其他三个都可以外部进行调控即可满足要求，此提案主要针对温度变化调节PWM波频率变化来调整充电转换效率，从而降低温度，提高能量转换效率。图5所示为无线充电温控器效率转换原理示意图。
本申请通过在无线充电温控器的充电端增加三个NTC电阻：一个插件NTC电阻NTC1用于检测外界温度，放置在发射端PCB板上；一个贴片NTC电阻NTC2放在发射端PCB板上，用于检测环境温度以及PCB板温度；另外一个线圈NTC电阻NTC3用于检测环境温度以及线圈温度。以插件NTC电阻NTC1的温度为基础温度进行测试，测试在环境温度下充电转换效率最高时PWM波形的占空比是多少，再分别测试当环境温度变化区间为0到0.5度时最佳PWM占空比，依次类推，将18到36摄氏度下各环境温度区间下最佳PWM占空比全部写进程序等待调用。随后将贴片NTC电阻NTC2和线圈NTC电阻NTC3的温度检测出来进行比较，若NTC2+NTC3-2NTC1>n摄氏度，则判定功率转换效率偏低，程序开始进行以0.5摄氏度改变PWM波频率变化，最终调节稳定处以实际NTC电阻感应温度最低值为准。其中，实际NTC电阻感应温度指检测PCB板和线圈的NTC电阻检测的温度，减去2倍的环境温度NTC电阻检测的温度所得到的数值。一旦检测温度到较高不满足要求，则立即以0.5摄氏度的变化区间来调整PWM占空比，一旦达到最合适温度对应的占空比，即可停止调整。
同时，温控器接收端可通过无线充电联盟的QI通讯协议来与发射端进行发射和接收之间通讯，接收端通过检测线圈温度和检测充电速度，若线圈温度高于正常值或者充电速度低于正常值，则判定充电效率低，再反馈给发射端一个信号。在接收端发送信号反馈充电效率较低时，则发射端会处理信号并进行调整，增大发射功率，同步调整检测温度变化达到最佳稳定值。其中，增大发射功率主要跟几方面有关，1是增大输入电压，2是改变PWM占空比大小，3是改变线圈匹配度。其中1和3点如果在产品上已经定型，则在实际使用中，可通过调整PWM占空比来进行调节输出功率，可以在允许范围内调整功率。
本申请提供的提高无线充电温控器转换效率的方法，在一定程度上起到了监控和修正的作用，在实际应用中需要用到精度和灵敏度较高的NTC采样电阻，能够在一定程度将提高无线充电的能量转换效率，增强无线充电温控器的充电效率，同时此方案可适用于大多数无线充电产品。采用了申请的设计方案和创新方法后，能使得整个无线充电的转换效率提高百分之5到百分之10，整体发热程度降低百分之10。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线充电装置，其特征在于，包括控制装置、温度检测装置和供电装置，所述控制装置连接所述温度检测装置和所述供电装置，所述供电装置用于以无线方式给电器装置供电；
所述温度检测装置用于进行温度检测，并发送温度数据至所述控制装置；所述控制装置用于在所述温度数据符合预设调节条件时，按照设定的温度调节幅度所对应的信号调节值调整输送至所述供电装置的控制信号，并以温度检测装置检测到的温度最低时的控制信号对所述供电装置进行供电控制。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述控制装置包括发射端主板和设置于所述发射端主板的发射端主芯片，所述发射端主芯片连接所述温度检测装置和所述供电装置。
3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，所述供电装置包括交流逆变器和发射端线圈，所述交流逆变器连接所述发射端主芯片和所述发射端线圈。
4.根据权利要求3所述的无线充电装置，其特征在于，所述温度检测装置包括连接所述发射端主芯片的第一温度检测单元、第二温度检测单元和第三温度检测单元，所述第一温度检测单元用于检测环境温度，所述第二温度检测单元设置于所述发射端主板，所述第三温度检测单元设置于所述发射端线圈。
5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于，所述预设调节条件包括：NTC2+NTC3-2NTC1>n摄氏度；其中，NTC1为第一温度检测单元检测的温度，NTC2为第二温度检测单元检测的温度，NTC3为第三温度检测单元检测的温度，n为预设温度阈值。
6.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于，所述第一温度检测单元、所述第二温度检测单元和所述第三温度检测单元均为NTC电阻。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的无线充电装置，其特征在于，所述控制装置还用于根据所述温度检测装置检测的环境温度，分析设定温度范围内每个温度调节幅度下充电转换效率最高时控制信号的幅值，得到各温度调节幅度所对应的信号调节值进行保存。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的无线充电装置，其特征在于，所述控制装置还用于在接收到电器装置发送的反馈信号时，控制所述供电装置增大发射功率，并再次根据所述温度检测装置发送的温度数据调整输送至所述供电装置的控制信号。
9.一种电器设备，其特征在于，包括电器装置和权利要求1-8任意一项所述的无线充电装置。
10.根据权利要求9所述的电器设备，其特征在于，所述电器装置为温控器。
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