CN114844234A - 一种充电控制方法、电子设备、无线充电系统 - Google Patents

一种充电控制方法、电子设备、无线充电系统 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种充电控制方法、电子设备、无线充电系统，涉及无线充电技术领域，用于在提高电压转换效率的同时，解决无线充电设备中设置多个直流降压电路导致器件成本上升的问题。该电子设备包括接收线圈、无线电能接收器、三电平降压电路、电池以及接收端控制器。该充电控制方法包括：接收端控制器获取电池电压，根据电池电压发送第一控制信号和第二控制信号。无线电能接收器根据第一控制信号，将接收线圈感应生成的交流电转换成直流电，输出第一电压V1，以对电池进行第一电压模式充电。三电平降压电路将无线电能接收器根据第二控制信号，输出的电压进行降压后，输出至电池。电池接收到的充电电压与获取到的电池电压。

Description

一种充电控制方法、电子设备、无线充电系统
技术领域
本申请涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种充电控制方法、电子设备、无线充电系统。
背景技术
无线充电技术(wireless charging technology，WCT)利用电场、磁场、微波或者激光等传导介质来实现电能的无线传输，由于其具有无导线限制、无插拔等优势在电子设备上的应用越来越广泛。
为了提高充电效率，无线充电设备中通常会在整流电路和电池之间设置多个串联，或者并联的直流降压电路，以将整流器输出的电压降低至电池的充电电压，用于对电池进行充电。从而可以避免单个直流降压电路两端的压差太大造成电压转换效率较低。然而，上述多个直流降压电路会增加器件的成本。
发明内容
本申请提供一种充电控制方法、电子设备、无线充电系统，用于在提高电压转换效率的同时，解决无线充电设备中设置多个直流降压电路导致器件成本上升的问题。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
本申请的一方面，提供一种充电控制方法，应用于电子设备。该电子设备包括接收线圈、无线电能接收器、三电平降压电路、电池以及接收端控制器。其中，无线电能接收器与接收线圈电连接，三电平降压电路与无线电能接收器以及电池电连接，接收端控制器与无线电能接收器和三电平降压电路电连接。此外，上述充电控制方法包括：接收端控制器获取所述电子设备的电池电压。接收端控制器根据获取到的电池电压向无线电能接收器发送第一控制信号，并向三电平降压电路发送第二控制信号。无线电能接收器根据第一控制信号，将接收线圈感应生成的交流电转换成直流电，输出第一电压V1，以对电池进行第一电压模式充电。三电平降压电路根据第二控制信号，将无线电能接收器输出的电压进行直流转换后，输出至电池。电池接收到的充电电压与获取到的电池电压相同。这样一来，本申请实施例提供的电子设备中，在无线电能接收器与电池之间只需要设置三电平降压电路，接收端控制器就可以通过向无线电能接收器输出第一控制信号，并三电平降压电路输入第二控制信号，以分别控制无线电能接收器和三电平降压电路的输出电压，使得电池接收到的充电电压与获取到的电池电压相同。此外，该三电平降压电路在接收端控制器的控制下，可以在恒流充电阶段相当于开关电容电路，因此相对于传统的降压电路而言，能够获得较高的电压转换效率。此外，相对于开关电容电路而言，接收端控制器可以对三电平降压电路进行闭环调节，使得三电平降压电路的输出电压灵活可调。因此无需在电子设备中设置多个直流降压电路，从而能够达到降低成本的目的。
可选的，若电池进入恒流充电状态，无线电能接收器根据第一控制信号，输出第一电压V1包括：无线电能接收器根据第一控制信号，对第一电压V1进行调节。第一控制信号用于指示无线电能接收器将第一电压V1调节至电池电压的2倍。由焦耳定律可得充电线路上的损耗Q＝I2R。当无线电能接收器输出的第一电压V1为电池电压的2倍时，可以有效减小充电线路上的电流，进而可以达到减小损耗的目的。
可选的，三电平降压电路包括：飞跨电容、输入电容、电感、输出电容以及串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；飞跨电容的第一端电连接于第一开关管和第二开关管之间，飞跨电容的第二端电连接于第三开关管和第四开关管之间；第一开关管的第一极与无线电能接收器电连接，第四开关管的第二极接地；输入电容的第一端与第一开关管的第一极电连接，输入电容的第二端接地；电感的第一端电连接于第二开关管与第三开关管之间；输出电容的第一端与电感的第二端电连接，输出电容的第二端接地。第二控制信号的占空比为向第一开关管的控制端和第二开关管的控制端输入的输出脉宽调制PWM信号的占空比。其中，向第一开关管的控制端和第二开关管的控制端输入的PWM信号的相位相差半个周期，向第一开关管的控制端和第四开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反，向第二开关管的控制端和第三开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反。具有上述结构的，三电平降压电路可以在接收端控制器的控制下工作于开环状态。开关状态的技术效果同上所述，此处不再赘述。
可选的，三电平降压电路根据第二控制信号，将无线电能接收器的输出电压进行降压之前，方法还包括：若接收端控制器判断第一电压V1为电池电压的2倍，则接收端控制器将第二控制信号的占空比D设置为D＝0.5。在此情况下，该三电平降压电路工作于开环状态，该三电平降压电路可以等效于开关电容电路，此外，由上述可知，该三电平降压电路前级的无线电能接收器，在接收端控制器的控制下，可以根据无线电能接收器输入电压的变化，对输出电压进行精细化的调节，因此可以减小电感第一端和第二端之间的电压差。这样一来，可以使得电感两端的电压差处于近似恒定的状态，减小输出电压的波动。此外，由于电压差较小，因此选择电感值较小的电感，减小三电平降压电路输出电流的纹波，提高对电池进行充电的稳定性，减小小功率电子设备的热量损耗。并且，由于上述电感的感值较小，因此相对于传统的降压电路而言，本申请实施例提供的三电平降压电路的电压转换效率更高。
可选的，三电平降压电路中，电感第一端的电压与电感第二端的电压之间的电压差△V满足：0V＜△V≤5V。当电感第一端的电压与电感第二端的电压之间的电压差△V大于5V时，三电平降压电路输出电流的纹波较大，不利于提高对电池进行充电的稳定性。
可选的，三电平降压电路根据第二控制信号，将无线电能接收器的输出电压进行降压之前，方法还包括：若接收端控制器判断第一电压V1与电池电压的比值大于2：1，则接收端控制器将第二控制信号的占空比D设置为D＜0.5。这样一来，当电子设备放入作为充电底座的无线充电发射装置上后，发射线圈和接收线圈的中心不是完全对准，而存在一定的偏移量的情况下，接收端控制器判断第一电压V1与电池电压的比值会大于2：1。此时，可以通过接收端控制器对三电平降压电路的输出电压进行精细化调节，即对向三电平降压电路中的第一开关管的控制端和第二开关管的控制端输入的PWM信号的占空比D进行设置，使得D＜0.5，进而使得电池接收到的充电电压与接收端控制获取到的电池电压接近。
可选的，三电平降压电路根据第二控制信号，将无线电能接收器的输出电压进行降压之前，方法还包括：若接收端控制器判断第一电压V1与电池电压的比值小于2：1，则接收端控制器将第二控制信号的占空比D设置为D＞0.5。这样一来，当电子设备放入作为充电底座的无线充电发射装置上后，发射线圈和接收线圈的中心不是完全对准，而存在一定的偏移量的情况下，若接收端控制器判断第一电压V1与电池电压的比值会小于2：1。此时，可以通过接收端控制器对三电平降压电路的输出电压进行精细化调节，即对向三电平降压电路中的第一开关管的控制端和第二开关管的控制端输入的PWM信号的占空比D进行设置，使得D＞0.5，进而使得电池接收到的充电电压与接收端控制获取到的电池电压接近。
可选的，若电池进入恒压充电状态，且无线电能接收器输出电流降低至第一预设电流，无线电能接收器输出第一电压V1之后，三电平降压电路将无线电能接收器的输出电压进行降压之前，方法还包括：无线电能接收器向无线充电发射装置发送第二模式请求，并根据第一控制信号，输出第二电压V2，以对电池进行第二电压模式充电，V1＞V2。其中，第一预设电流大于或等于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且第一预设电流与虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第一预设范围之内，从而使得第一预设电流略大于或者等于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith。示例的，第一预设范围可以为0mA～200mA。这样一来，当采用第一电压V1，例如V1＝9V，对电池进行充电时，当该电池的充电功率降低至0.9W时，无线电能接收器内部的虚拟负载就会接入无线充电系统。然而，当电池的充电功率降低至0.9W时切换成第二电压V2，例如V2＝5V，对电池进行充电时，由于充电功率在瞬间还未发生变化，所以充电电流会突然增大，并大于虚拟负载开启电流阈值Ith(例如，100mA)，使得虚拟负载暂时并未开启。接下来，充电电流继续降低，直至再次降低至虚拟负载开启电流阈值Ith(例如，100mA)，无线电能接收器内部的虚拟负载才会接入无线充电系统。由上述可知，本申请实施例中，当电池的充电电流降低至略大于或等于虚拟负载开启电流阈值Ith时，通过将大功率充电切换至小功率充电，可以将虚拟负载接入的时间延时，从而延迟无线电能接收器内部的虚拟负载接入无线充电系统的时间，减小的虚拟负载接入无线充电系统的时长，从而达到减小由于虚拟负载引起的热损，减缓正极温升的目的。
可选的，若电池进入恒压充电状态，且无线电能接收器输出电流降低至第二预设电流，无线电能接收器输出第一电压V1之后，三电平降压电路将无线电能接收器的输出电压进行降压之前，方法还包括：接收端控制器控制无线电能接收器的输出电压由第一电压V1逐级降低至第二电压V2，使得无线电能接收器输出的电流保持第二预设电流，直至无线电能接收器输出第二电压V2。无线电能接收器输出第二电压V2，以对电池进行第二电压模式充电，V1＞V2。其中，第二预设电流大于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且第二预设电流与虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第二预设范围之内，从而使得第二预设电流略大于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith。示例的，第二预设范围可以为10mA～200mA。由上述可知，该第二预设电流略大于虚拟负载开启电流阈值Ith，在此情况下，若接收端控制器检测到无线电能接收器输出的电流降低至上述第二预设电流时，接收端控制器可以控制无线电能接收器输出的电流不变，且保持大于虚拟负载开启电流阈值Ith的状态，直至无线电能接收器输出上述第二电压V2(例如，V2＝5V)。接下来，无线电能接收器输出电流逐渐降低，当降低至虚拟负载开启电流阈值Ith时，无线电能接收器内部的虚拟负载才会接入无线充电系统，从而减小的虚拟负载接入无线充电系统的时长，从而达到减小由于虚拟负载引起的热损，减缓正极温升的目的。
可选的，接收端控制器控制无线电能接收器的输出电压由第一电压V1逐级降低至第二电压V2包括：在接收端控制器输出的PWM信号的一个周期内，对无线电能接收器输出电压的步进调节电压值位于15mV～3V之间。当上述步进调节电压值小于15mV时，上述步进调节电压值的数值太小，对接收端控制器运算精度的要求较高，不利于简化运算过程和降低成本。当步进调节电压值大于3V时，上述步进调节电压值的数值太大，会降低接收端控制器对无线电能接收器进行闭环调节的精度。
可选的，电子设备还包括：第五开关管；第五开关管的第一极与电感的第二端电连接，第五开关管的第二极与电池电连接，第五开关管的控制端与接收端控制器电连接。方法还包括：若接收端控制器检测到电池的电量达到最大电量阈值时，接收端控制器控制第五开关管处于截止状态。当电池结束充电后，接收端控制器可以通过向第五开关管的控制端输入控制信号，以控制第五开关管处于截止状态。
本申请实施例的另一方面，提供一种电子设备。该电子设备包括接收线圈、电池、无线电能接收器、三电平降压电路以及接收端控制器。接收端控制器用于获取电子设备的电池电压，并根据获取到的电池电压发送第一控制信号和第二控制信号。接收线圈用于感应生成交流电。无线电能接收器与接收线圈电连接。该无线电能接收器用于根据第一控制信号，将接收线圈感应生成的交流电转换成直流电，输出第一电压V1，以对所述电池进行第一电压模式充电。三电平降压电路与无线电能接收器以及电池电连接。三电平降压电路用于根据第二控制信号，将无线电能接收器输出的电压进行直流转换后，输出至电池。电池接收到的充电电压与获取到的电池电压相同。该电子设备具有与前述实施例提供的充电控制方法相同的技术效果，此处不再赘述。
可选的，若电池进入恒流充电状态，无线电能接收器还用于根据第一控制信号，对第一电压V1进行调节；第一控制信号用于指示无线电能接收器将第一电压V1调节至电池电压的2倍。由焦耳定律可得充电线路上的损耗Q＝I2R。当无线电能接收器输出的第一电压V1为电池电压的2倍时，可以有效减小充电线路上的电流，进而可以达到减小损耗的目的。
可选的，三电平降压电路包括：飞跨电容、输入电容、电感、输出电容以及串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；飞跨电容的第一端电连接于第一开关管和第二开关管之间，飞跨电容的第二端电连接于第三开关管和第四开关管之间；第一开关管的第一极与无线电能接收器电连接，第四开关管的第二极接地；输入电容的第一端与第一开关管的第一极电连接，输入电容的第二端接地；电感的第一端电连接于第二开关管与第三开关管之间；输出电容的第一端与电感的第二端电连接，输出电容的第二端接地。第二控制信号的占空比为向第一开关管的控制端和第二开关管的控制端输入的输出脉宽调制PWM信号的占空比。其中，向第一开关管的控制端和第二开关管的控制端输入的PWM信号的相位相差半个周期，向第一开关管的控制端和第四开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反，向第二开关管的控制端和第三开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反。具有上述结构的，三电平降压电路可以在接收端控制器的控制下工作于开环状态。开关状态的技术效果同上所述，此处不再赘述。
可选的，接收端控制器还用于若判断第一电压V1为电池电压的2倍，则将第二控制信号的占空比D设置为D＝0.5。第二控制信号的占空比D设置为D＝0.5的技术效果同上所述，此处不再赘述。
可选的，接收端控制器还用于若判断第一电压V1与电池电压的比值大于2：1，则将第二控制信号的占空比D设置为D＜0.5。第二控制信号的占空比D设置为D＜0.5。第二占空比D满足：D＜0.5的技术效果同上所述，此处不再赘述。
可选的，接收端控制器还用于若判断第一电压V1与电池电压的比值小于2：1，则将第二控制信号的占空比D设置为D＞0.5。第二控制信号的占空比D设置为D＞0.5。第二占空比D满足：D＞0.5的技术效果同上所述，此处不再赘述。
可选的，若电池进入恒压充电状态，且无线电能接收器输出电流降低至第一预设电流，无线电能接收器还用于向无线充电发射装置发送第二模式请求，并根据第一控制信号，输出第二电压V2，以对电池进行第二电压模式充电，V1＞V2。其中，第一预设电流大于或等于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且第一预设电流与虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第一预设范围内。该第一预设范围可以为0mA～200mA。通过在无线电能接收器输出电流降低至第一预设电流时，降低无线电能接收器接收的电压以延迟虚拟负载的接入时间的控制过程和技术效果同上所述，此处不再赘述。
可选的，若电池进入恒压充电状态，且无线电能接收器输出电流降低至第二预设电流，接收端控制器还用于控制无线电能接收器的输出电压由第一电压V1逐级降低至第二电压V2，使得无线电能接收器输出的电流保持第二预设电流，直至无线电能接收器输出第二电压V2；无线电能接收器还用于输出第二电压V2，以对电池进行第二电压模式充电，V1＞V2。其中，第二预设电流大于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且第二预设电流与虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第二预设范围内，该第二预设范围可以为10mA～200mA。通过逐级降低无线电能接收器的输出电压以延迟虚拟负载的接入时间的控制过程和技术效果同上所述，此处不再赘述。
本申请的另一方面，提供一种无线充电系统。该无线充电系统包括无线充电发射装置以及如上所述的电子设备。无线充电发射装置包括无线电能发射器、发射线圈以及发射端控制器。该无线电能发射器用于将接收到的直流电转换成交流电。发射线圈与无线电能发射器电连接，用于根据接收到的交流电生成交变磁场，并发射至接收线圈。发射端控制器与无线电能发射器电连接，用于控制无线电能发射器的输出电压和输出电流。该无线充电系统具有与前述实施例提供的电子设备相同的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种无线充电系统的结构示意图；
图3A为本申请实施例提供的另一种无线充电系统的结构示意图；
图3B为图3A中TX线圈和RX线圈的一种结构示意图；
图4A为本申请实施例提供的另一种无线充电系统的结构示意图；
图4B为图4A中三电平降压电路中各个晶体管的控制端与MCURX电连接的示意图；
图5为本申请实施例提供的MCURX向三电平降压电路中各个晶体管的控制端输入的一种PWM信号的示意图；
图6A为本申请实施例提供的MCURX控制三电平降压电路的一种过程流程图；
图6B为图6A的等效电路图；
图7A为本申请实施例提供的MCURX控制三电平降压电路的另一种过程流程图；
图7B为图7A的等效电路图；
图8为本申请实施例提供的MCURX向三电平降压电路中各个晶体管的控制端输入的另一种PWM信号的示意图；
图9为本申请实施例提供的MCURX向三电平降压电路中各个晶体管的控制端输入的另一种PWM信号的示意图；
图10A为本申请实施例提供的无线充电系统的一种控制方法流程图；
图10B为本申请实施例提供的无线充电系统的另一种控制方法流程图；
图11A为本申请实施例提供的电池充电阶段的一种示意图；
图11B为图4A中电感两端电压的示意图；
图12为本申请实施例提供的另一种无线充电系统的结构示意图；
图13为本申请实施例提供的电池充电阶段的另一种示意图；
图14为本申请实施例提供的无线充电系统的另一种控制方法流程图；
图15为本申请实施例提供的电池充电阶段的另一种示意图。
附图标记：
01-无线充电系统；02-无线充电接收电路；10-电子设备；100-电池；101-RX线圈；102-RX IC；103-三电平buck电路；104-MCURX；20-无线充电发射装置；201-TX线圈；202-TXIC；203-MCUTX；204-适配器；205-boost电路。
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描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“多个”是指两个或者两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“电连接”可以是直接的电性连接，也可以是通过中间媒介间接的电性连接。
本申请实施例提供一种如图1所示的无线充电系统01。该无线充电系统01可以包括电子设备10和无线充电发射装置20。上述电子设备10可以包括平板电脑(pad)、笔记本(例如，超薄式或便携式)、手机(mobile phone)、无线充电电动汽车、无线充电家用小型电器(例如豆浆机、扫地机器人)等，具有无线充电功能的电子产品。本申请实施例对上述电子设备10的具体形式不做特殊限制。无线充电发射装置20可以为无线充电底座。
该电子设备10和无线充电发射装置20之间可以通过带内通讯方式，例如，幅移键控(amplitude shift keying，ASK)调制实现无线数据通信。或者，电子设备10和无线充电发射装置20之间可以通过带外通讯方式，例如蓝牙(bluetooth)、无线宽带(wireless-fidelity，WiFi)、紫蜂协议(zigbee)、射频识别技术(radio frequency identification，RFID)、远程(long range，Lora)无线技术和近距离无线通信技术(near fieldcommunication，NFC)实现无线数据通信。
本申请实施例提供的电子设备10，如图1所示，可以包括电池100、接收(receive，RX)线圈101以及与上述电池100和接收线圈101电连接的无线充电接收电路02。该无线充电接收电路02可以包括无线电能接收器102、三电平降压(buck)电路103以及接收端控制器104。上述无线充电接收电路02可以集成于芯片内。此外，无线充电发射装置20可以包括发射(transmit，TX)线圈201、无线电能发射器202以及发射端控制器203。
在本申请的一些实施例中，上述接收端控制器104和发射端控制器203可以为微控制单元(microcontroller unit，MCU)。以下为了方便说明，附图以及以下描述中，将接收端控制器104简称为MCURX104，将发射端控制器203简称为MCUTX203，将无线电能接收器102简称为RX IC102，无线电能发射器202简称为TX IC202，将发射线圈201简称为TX线圈201，将接收线圈101简称为RX线圈101。
如图1所示，MCUTX203与TX IC202电连接，该MCUTX203用于控制TX IC202的输出电压和输出电流。该TX IC202用于将接收到的直流电转换成交流电。在本申请的一些实施例中，如图2所示，无线充电系统01还可以包括适配器204，无线充电发射装置20还可以包括与上述适配器204电连接的升压(boost)电路205。该适配器204可以用于将交流电源输出的交流电转换成直流电，例如将220V的交流电转换成5V的直流电。boost电路205还可以与TXIC202电连接，该boost电路205用于将适配器204输出的电压升压后，例如，将上述5V电压升压至9V后输出至TX IC202。
示例的，当需要对电子设备10中的电池100采用第一电压模式充电(即高压模式充电)时，电子设备10中的RX IC102可以通过带内或者带外通讯的方式，向无线充电发射装置20中的TX IC202发送第一模式请求，TX IC202可以根据上述第一模式请求，通过MCUTX203控制boost电路205将适配器204输出的5V电压转换为9V，并提供至TX IC202。TX线圈201能够将来自TX IC202的交流电生成交变磁场，并发射至电子设备10中的RX线圈101。RX线圈101可以接收来自TX线圈201的交变磁场，并感应生成交流电。此时，RX IC102可以将RX线圈101感应生成的交流电转换成交流电，并输出第一电压V1(例如，V1＝9V)，以实现对电池100进行第一电压模式充电。示例的，上述TX线圈201和RX线圈101可以为如图3B所示的圆形线圈。
此外，当需要对电子设备10中的电池100采用第二电压模式充电(即低压模式充电)时，电子设备10中的RX IC102可以向无线充电发射装置20中的TX IC202发送第二模式请求，TX IC202可以根据上述第二模式请求，直接将适配器204输出的5V电压在不经过boost电路205的情况下，直接提供至TX IC202。TX线圈201将来自TX IC202的交流电生成交变磁场，并发射至RX线圈101，RX线圈101接收来自TX线圈201的交变磁场，并感应生成交流电。此时，RX IC102可以将RX线圈101感应生成的交流电转换成交流电，并输出第二电压V2(例如，V2＝5V)，以实现对电池100进行第二电压模式充电。
或者，在本申请的另一些实施例中，无线充电发射装置20还可以包括如图3A所示的适配器204。该适配器204与TX IC202电连接。在此情况下，当TX IC202接收到上述第一模式请求和第二模式请求的情况下，适配器204的输出电压可以在TX IC202的控制下进行调整。例如，当对电子设备10中的电池100进行上述第二电压模式充电(即低压模式充电)时，在TX IC202的控制下，适配器204可以将接收到的220V交流电转换成5V的直流电，并提供至TX IC202。或者，当对电子设备10进行上述第一电压模式充电(即高压模式充电)时，在TXIC202的控制下，适配器204可以将接收到的220V交流电转换成9V的直流电，并提供至TXIC202。这样一来，可以无需无线充电发射装置20中设置上述boost电路205(如图2所示)，从而能够简化电路结构，并减少无线充电系统01的充电路径上的电能损耗。
示例的，上述TX IC202可以为全桥或者半桥电路，该TX IC202中可以包括多个开关管，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor，MOS)。上述开关管的控制端，例如栅极(gate，g)可以与MCUTX203电连接。在此情况下，该MCUTX203可以通过向上述开关管的控制端发送脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号，以控制MOS管的开关频率以及占空比，从而达到控制TX IC202输出输入电压变比的目的，实现对TXIC202输出电压的微调。以上述开关管是N型开关管，其控制端输入高电平时处于导通状态，输入低电平时处于截止状态为例，当MCUTX203向TX IC202中的开关管的控制端提供的PWM的占空比与TX IC202的输出电压成正比，该PWM信号的频率与TX IC202的输出电压成反比。
在此基础上，如图3A所示，无线充电发射装置20还可以包括与TX线圈201串联的匹配电容C2，该匹配电容C2可以与TX线圈201构成发射端谐振网络。发射端谐振网络可以将TXIC202输出的方波信号，转换成正弦波，且TX线圈201能够将根据来自TX IC202的交流电生成交变磁场，并发射至电子设备10中的RX线圈101。此外，电子设备10还可以包括与RX线圈101串联的匹配电容C1，匹配电容C1与RX线圈101构成接收端谐振网络。接收端谐振网络可以将正弦波转换成方波信号。
此外，该RX IC102还与MCURX104电连接，该MCURX104可以控制RX IC102的输出电压，以对RX IC102进行精细化的闭环调节(闭环调节是指，输出随着输入的变化而变化)。示例的，上述RX IC102可以为全桥或者半桥电路，该RX IC102中可以包括多个开关管，例如，MOS管。上述开关管的控制端可以与MCURX104电连接。在此情况下，该MCURX104可以通过向上述开关管的控制端输入第一控制信号，例如PWM信号，以控制MOS管的开关频率以及占空比，从而达到控制RX IC102输出输入电压变比的目的，实现对RX IC102输出电压的微调同理。以上述开关管是N型开关管，其控制端输入高电平时处于导通状态，输入低电平时处于截止状态为例，当MCURX104向RX IC102中的开关管的控制端提供的PWM信号的占空比与RX IC102的输出电压成正比，该PWM信号的频率与RX IC102的输出电压成反比。
此外，在MCURX104的控制下，三电平buck电路103可以将RX IC102输出的电压进行直流转换，以降低至合适的电压提供至电池100。在本申请的实施例中，上述三电平buck电路103可以如图4A所示包括：飞跨电容Cfly、输入电容Cin、电感L、输出电容Co以及串联的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4。
上述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4中的任意一个开关管可以为MOS管。以该MOS管为N型管为例，该MOS管可以包括第一极，例如漏极(drian，d)、第二极，例如源极(source，s)以及控制端g。基于此，串联的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4是指，第一开关管Q1的源极s与第二开关管Q2的漏极d电连接，第二开关管Q2的源极s与第三开关管Q3的漏极d电连接，第三开关管Q3的源极s与第四开关管Q4的漏极d电连接。当上述MOS管为P型管时，MOS管的第一极可以为源极s，第二极为漏极d。以下为了方便说明，均是以上述MOS管为N型管为例进行说明。
此外，如图4A所示，上述飞跨电容Cfly的第一端a1电连接于第一开关管Q1和第二开关管Q2之间，飞跨电容Cfly的第二端a2电连接于第三开关管Q3和第四开关管Q4之间。第一开关管Q1的第一极，例如漏极d与RX IC102电连接，第四开关管Q4的第二极，例如源极s接地(GND)。输入电容Cin的第一端a3与第一开关管Q1的第一极，例如漏极d电连接，输入电容Cin的第二端a4接地。电感L的第一端b1电连接于第二开关管Q2与第三开关管Q3之间。输出电容Co的第一端a5与电感L的第二端b2电连接，输出电容Co的第二端接地。并且，电池100的正极(采用“﹢”表示)与输出电容Co的第一端a5电连接，电池100的负极(采用“﹣”表示)接地。
上述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4的控制端，例如栅极g如图4B所示，均与MCURX104电连接。该MCURX104可以分别向第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4的控制端提供占空比D可调的第二控制信号，例如PWM信号，从而可以通过MCURX104控制各个开关管的导通和截止的时长，达到对三电平buck电路103的输出电压进行精细化调节的目的。
其中，第一开关管Q1和第四开关管Q4可以为一对互补晶体管，在此情况下，MCURX104向上述第一开关管Q1的控制端g和第四开关管Q4的控制端g提供的PWM信号的波形方向相反。此外，第二开关管Q2和第三开关管Q3可以为一对互补晶体管，在此情况下，MCURX104向上述第二开关管Q2的控制端g和第三开关管Q3的控制端g提供的PWM信号的波形方向相反。以下对三电平buck电路103的工作原理进行说明。
示例的，如图5所示，MCURX104向作为主管的第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g提供的PWM信号的占空比D均为满足D＝0.5。第一开关管Q1的控制端g接收到的PWM信号，与第二开关管Q2的控制端g接收到的PWM信号的相位相差半个周期。此时，第一开关管Q1和作为续流管的第三开关管Q3的波形相同，第二开关管Q2和作为续流管的第四开关管Q4的波形相同。此外，在一个周期T内，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4的导通时长为T/2。
在此情况下，如图5所示，在前半个周期(T/2)，MCURX104向第一开关管Q1的控制端g和第三开关管Q3的控制端输入的PWM信号为高电平，第一开关管Q1和第三开关管Q3导通。MCURX104向第二开关管Q2的控制端g和第四开关管Q4的控制端输入的PWM信号为低电平时，第二开关管Q2和第四开关管Q4截止(图中采用“×”号表示截止)。此时，如图6A所示，输入电容Cin、第一开关管Q1、飞跨电容Cfly、第三开关管Q3、电感L以及输出电容Co构成电流回路，使得RX IC102(如图4A所示)向三电平buck电路103提供的输入电流Iin可以经过上述电流回路对飞跨电容Cfly和电感L进行充电。如图5所示，在前半个周期(T/2)流过电感L的电流IL逐渐增大。
基于此，图6A所示的电路的等效电路结构如图6B所示，可以看出飞跨电容Cfly与输出电容Co串联。因此，上述充电过程结束后，飞跨电容Cfly两端的电压Vfly、输出电容Co两端的电压Vo以及输入电容Cin两端的电压Vin之间满足以下公式(1)。
Vin＝Vfly+Vo (1)
此外，如图5所示，在后半个周期(T/2)，MCURX104向第一开关管Q1的控制端g和第三开关管Q3的控制端输入的PWM信号为低电平，第一开关管Q1和第三开关管Q3截止。MCURX104向第二开关管Q2的控制端g和第四开关管Q4的控制端输入的PWM信号为高电平时，第二开关管Q2和第四开关管Q4导通。此时，如图7A所示，飞跨电容Cfly、第二开关管Q2、电感L以及输出电容Co以及第四开关管Q4构成电流回路，使得飞跨电容Cfly的放电电流Io可以经过上述电流回路进行放电。如图5所示，在后半个周期(T/2)流过电感L的电流IL逐渐减小。
基于此，图7A所示的电路的等效电路结构如图7B所示，可以看出，可以看出飞跨电容Cfly与输出电容Co并联。因此，上述放电过程结束后，飞跨电容Cfly两端的电压Vfly、输出电容Co两端的电压Vo之间满足以下公式：
Vfly＝Vo (2)
在此情况下，当将上述公式(2)代入公式(1)后，可以得出Vo＝Vin/2。这样一来，三电平buck电路103的输出电压与输入电压的变比为1:2。
或者，又示例的，如图8所示，MCURX104向作为主管的第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g提供的PWM信号的占空比D均满足0＜D＜0.5。第一开关管Q1的控制端g接收到的PWM信号的与第二开关管Q2的控制端g接收到的PWM信号的相位相差半个周期。此时，第一开关管Q1和第四开关管Q4的波形相反，第二开关管Q2和第三开关管Q3的波形相反。此外，在一个周期T内，第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通时长小于T/2，此时三电平buck电路103的输出电压Vo满足：0≤Vo＜Vin/2。
或者，又示例的，如图9所示，MCURX104向作为主管的第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g提供的PWM信号的占空比D均满足0.5＜D≤1。第一开关管Q1的控制端g接收到的PWM信号的与第二开关管Q2的控制端g接收到的PWM信号的相位相差半个周期。此时，第一开关管Q1和第四开关管Q4的波形相反，第二开关管Q2和第三开关管Q3的波形相反。此外，在一个周期T内，第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通时长大于T/2，此时三电平buck电路103的输出电压Vo满足：Vin/2＜Vo≤Vin。
综上所述，以图4A所示的无线充电系统01为例，当该无线充电系统01中的无线充电发射装置20对电子设备10进行充电时，该适配器204可以将220V的交流电转换成直流电。电池100充电功率的要求不同，适配器204输出的直流电的大小可以不同。MCURX104可以将电池100的充电功率的要求，利用RX IC102通过带内或带外通讯的方式发送至TX IC202，从而使得TX IC202可以控制适配器204输出的直流电压的大小。
接下来，TX IC202将接收到的直流电转换成交流电，TX线圈201接收该交流电并感应生成交变磁场，并发射至电子设备10中的RX线圈101。RX线圈101根据来自TX线圈201发射的交变磁场生成直流电。接下来，在MCURX104输出的第一控制信号的控制下，RX IC102可以将RX线圈101感应生成的交流电转换成直流电，并提供至三电平buck电路103。MCURX104可以分别向三电平buck电路103中的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4的控制端g输出上述第二控制信号，例如PWM信号，使得该三电平buck电路103将RXIC102输出的电压转换成电池电压Vbat，并提供至电池100，以对电池100进行充电。
以下结合如图4A所示的无线充电系统01对电池100的充电过程进行说明。
示例一
本实施例的控制方法如图10A所示，可以包括S101～S109。
S101、检测电池100是否进入恒流(CC)充电状态。
示例的，如图4A可知，在对电池100进行充电的过程中，电子设备10中的MCURX104与电池100电连接，该MCURX104可以执行上述S101。在MCURX104执行上述S101的过程中，可以设置一电压门限值，例如第一电压门限Vth1。此外，MCURX104中可以设置电量计，该电量计能够对电池100的电池电压Vbat进行采集，从而可以判断该电池100的电池电压Vbat是否达到第一电压门限Vth1。当电池100的电池电压Vbat达到第一电压门限Vth1时，该电池100进入如图11A所示的恒流(constant current，CC)充电状态。例如，第一电压门限Vth1可以为3.5V左右。若MCURX104检测到电池100的电池电压Vbat达到第一电压门限Vth1，则执行以下S102。
S102、发送第一模式请求。
在执行S101时，若电子设备10中的MCURX104检测电池100的电池电压Vbat达到第一电压门限Vth1，该RX IC202可以通过带内通讯或者带外通讯的方式，向图4A所示的无线充电发射装置20中的TX IC202发送第一模式请求。
S103、根据第一模式增大输出电压。
在此情况下，TX IC202可以根据接收到的第一模式请求，控制适配器204直接输出较大电压，例如9V。或者，当无线充电发射装置20包括如图2所示的boost电路205时，TXIC202可以根据接收到的第一模式请求，控制boost电路205将适配器204输出的较小电压，例如5V增大至9V。接下来，TX IC202将接收到的转换成交流电，并传输至TX线圈201，使得TX线圈201生成交变磁场。
S104、RX IC102输出第一电压V1，以对电池100进行第一电压模式充电。
RX线圈101感应上述交变磁场并向RX IC102输出交流电。此时，RX IC102接收到的电压可以为9V。此外，MCURX104能够对电池100的电池电压Vbat进行采集。在此情况下，该MCURX104可以根据Vbat向RX IC102输出第一控制信号。RX IC102可以根据MCURX104输出的第一控制信号，将RX线圈101应生成的交流电转换成直流电，输出第一电压V1，以对电池100进行第一电压模式充电。
由于上述充电过程中，由焦耳定律可得RX线圈101上的损耗Q＝I2R。在CC充电阶段，在充电功率不变(例如2W)的情况下，当RX IC102接收到的交流电压的电压幅值由5V提升至9V时，RX线圈101上的电流减小，从而有利于减小RX线圈101上的损耗Q，例如可以减小越150mW的损耗。这样一来，对于内部线圈阻抗较大的小功率电子设备10，例如，智能手表、耳机等产品，能够有效减小大功率充电过程中，电子设备10的发热现象。
此外，电池100进入如图11A所示的CC充电阶段，RX IC102输出的电流(I)如图11A所示，可以在一定范围内保持恒定(图中采用水平直线表示)。此时，电池100的电池电压Vbat会由第一电压门限Vth1(例如，Vth1＝3.5V)逐渐上升，直至电池电压Vbat达到第二电压门限Vth2(例如，Vth2＝4.25V)，CC充电阶段结束。该第二电压门限Vth2为电池100结束上述CC充电阶段，进行恒压(constant voltage，CV)充电阶段时，电池电压的门限值。
基于此，为了进一步减小线路损耗，在上述CC充电阶段，MCURX104输出的第一控制信号，可以用于指示RX IC102将上述第一电压V1调节至电池电压Vbat的2倍。由上述可知，由于电池100的电池电压Vbat可以在上述CC充电阶段由第一电压门限Vth1(例如，Vth1＝3.5V)上升至第二电压门限Vth2(例如，Vth2＝4.25V)。因此，在RX IC102根据上述第一控制信号，对第一电压V1进行调节，以实现对电池100进行第一电压模式充电的过程中，由于该RX IC102输出的第一电压V1可以为电池电压Vbat的2倍左右，因此RX IC102输出第一电压V1在上述CC充电阶段可以在7～9V左右。
综上所述，MCURX104通过上述第一控制信号可以控制RX IC102的输出电压，以对RXIC102进行精细化的闭环调节，使得RX IC102的输出电压能够达到电池电压Vbat的两倍左右，以对电池100进行高压充电，减小充电线路中的损耗。
此外，MCURX104还可以根据获取到的电池电压Vbat，向三电平buck电路103输出上述第二控制信号，使得三电平buck电路103可以根据第二控制信号对RX IC102的输出电压进行降压。从而对三电平buck电路103进行闭环调节，使得电池100接收到的充电电压与电池电压Vbat接近，例如，电池100接收到的充电电压与电池电压Vbat之间的差值可以位于0～500mA的范围内。
需要说明的是，本申请实施例中，电池100接收到的充电电压可以与MCURX104获取到的电池电压Vbat相同可以是数值完全相同，或者两者的电压差值位于一个较小的范围内，比如0～500mA的范围内。
示例的，MCURX104获取到的电池电压Vbat为4V左右时，RX IC102可以根据上述第一控制信号对第一电压V1进行调节，使得第一电压V1为8V左右(为电池电压Vbat，例如4V的两倍)的直流电，以对电池100进行高压充电。此外，MCURX104还可以通过上述第二控制信号，控制三电平buck电路103对输入的电压进行降压处理，以4V左右的电压并施加至电池100对其进行充电，使得电池100接收到的充电电压与MCURX104获取到的电池电压Vbat相同。
在此基础上，三电平buck电路103根据上述第二控制信号，将RX IC102的输出电压进行降压之前，该电子设备10的充电方法还可以包括：若MCURX104判断RX IC102输出的第一电压V1为电池电压Vbat的2倍，则MCURX104可以将发送至三电平buck电路103的第二控制信号的占空比D设置为D＝0.5。示例的，MCURX104获取到的电池电压Vbat为4V左右，RX IC102输出的第一电压V1为8V左右。在此情况下，图12中的MCURX104可以向第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g输入第二控制信号，例如上述PWM信号的占空比D满足如图5所示的D＝0.5，以使得三电平buck电路103的输出电压为4V左右，以使得电池100接收到的充电电压与电池电压Vbat接近。此外，由于电池100还处于CC充电阶段，因此电池电压Vbat还未上升至第二电压门限Vth2(例如，Vth2＝4.25V)，因此三电平buck电路的输出电压小于该电池100的第二电压门限Vth2。
此外，同上所述，MCURX104向第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端输入的PWM信号的相位相差半个周期，向第一开关管Q1的控制端g和第四开关管Q4的控制端g输入的PWM信号的波形相反，向第二开关管Q2的控制端g和第三开关管Q3的控制端g输入的PWM信号的波形相反。以下对MCURX104向三电平buck电路103中各个开关管提供的PWM信号均满足上述条件，不再一一赘述。
在此情况下，该三电平buck电路103工作于开环状态(开环状态是指，该三电平buck电路103的输出电压始终为三电平buck电路103的输入电压，即上述第一电压V1的一半)，该三电平buck电路103可以等效于开关电容电路(switched capacitor circuits，SC)，此外，由上述可知，该三电平buck电路103前级的RX IC102，在MCURX104的控制下，可以根据RX IC102输入电压的变化，对输出电压进行精细化的调节，因此可以使得电感L第一端b1和第二端b2(如图12所示)之间的电压差△V满足：0V＜△V≤5V。
这样一来，可以使得电感L两端的电压差△V(Vb1-Vb2)如图11B所示，处于近似恒定的状态，减小输出电压的波动。此外，由于电压差△V较小，因此选择电感值较小的电感L，减小三电平buck电路103输出电流的纹波，提高无线充电接收电路02对电池100进行充电的稳定性，减小小功率电子设备10的热量损耗。并且，由于上述电感L的感值较小，因此相对于传统的buck电路而言，本申请实施例提供的三电平buck电路103的电压转换效率更高。
此外，在本申请的一些实施例中，如图12所示，上述无线充电接收电路02还可以包括第五开关管Q5。该第五开关管Q5的第一极，例如漏极d与电感L的第二端b2电连接，第五开关管Q5的第二极，例如源极s与电池100的正极(“﹢”)电连接，第五开关管Q5的控制端g与MCURX104电连接。在此情况下，当电池100在充电的过程中，MCURX104可以通过向第五开关管Q5的控制端g输入控制信号，以控制第五开关管Q5处于导通的状态。例如，若MCURX104检测到电池100的电量达到最大电量阈值，即电量为100％时，RX IC102可以向第五开关管Q5的控制端g输入控制信号，控制第五开关管Q5处于截止状态。
或者，在本申请的另一些实施例中，当电子设备10放入作为充电底座的无线充电发射装置20上后，图12所示的TX线圈201和RX线圈101的中心可能不是完全对准，而存在一定的偏移量。在此情况下，当TX线圈201和RX线圈101的中心偏移量处于极限位置时，在上述CC充电阶段，即使在MCURX104的控制下，对该RX IC102进行闭环调节，该RX IC102输出的第一电压V1与电池电压Vbat的比值无法达到2:1。在此情况下，若MCURX104判断RX IC102输出的第一电压V1与电池电压Vbat的比值大于2：1，则MCURX104可以将发送至三电平buck电路103的第二控制信号的占空比D设置为D＜0.5。示例的，RX IC102输出的第一电压V1为9V左右，MCURX104获取到的电池电压Vbat为4V左右。
在此情况下，为了使得三电平buck电路103的输出电压接近MCURX104获取到的电池电压Vbat，例如4V左右，MCURX104可以向第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g输入PWM信号的占空比D满足如图8所示的D＜0.5，从而使得三电平buck电路103的输出电压为4V左右，小于0.5×V1(4.5V)。进而可以使得电池100接收到的充电电压与电池电压Vbat接近。此外，由于电池100还处于CC充电阶段，因此三电平buck电路103的输出电压还小于电池100的第二电压门限Vth2。
又或者，在本申请的另一些实施例中，当图12所示的TX线圈201和RX线圈101的中心偏移量处于极限位置时，在上述CC充电阶段，即使在MCURX104的控制下，对该RX IC102进行闭环调节，该RX IC102输出的第一电压V1与电池电压Vbat的比值无法达到2:1。在此情况下，若MCURX104判断RX IC102输出的第一电压V1与电池电压Vbat的比值小于2：1，则MCURX104可以将发送至三电平buck电路103的第二控制信号的占空比D设置为D＞0.5。示例的，RXIC102输出的第一电压V1为8V，MCURX104获取到的电池电压Vbat为为4.2V左右。
在此情况下，为了使得三电平buck电路103的输出电压接近MCURX104获取到的电池电压Vbat，例如4.2V左右，MCURX104可以向第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g输入PWM信号的占空比D满足如图8所示的D＞0.5，从而使得三电平buck电路103的输出电压为4.2V左右，大于0.5×V1(4V)。进而可以使得电池100接收到的充电电压与电池电压Vbat接近。此外，由于电池100还处于CC充电阶段，因此，三电平buck电路103的输出电压还小于电池100的第二电压门限Vth2。
由上述可知，在上述CC充电阶段，可以先执行如图10B所示的S111，判断RX IC102输出的第一电压V1是否为电池电压Vbat的2倍。若MCURX104检测到RX IC102输出的第一电压V1为电池电压Vbat的2倍，则执行S112，三电平buck电路103处于上述开关状态。
若在TX线圈201和RX线圈101的中心偏移量处于极限位置时，则MCURX104检测到RXIC102输出的第一电压V1不再为电池电压Vbat的2倍，则执行S113、三电平buck电路103处于上述闭环调节状态。具体的，可以通过MCURX104对三电平buck电路103中各个开关管的控制端g所接收到的PWM信号的占空比D进行调节，达到对三电平buck电路103输出电压进行精细化的闭环调节的目的。相对于现有的SC电路而言，该三电平buck电路103输出电压与输入电压的比值不再仅限于1:2，而是可以根据需要实现更加灵活的调节。
综上所述，本申请实施例提供的电子设备10中，在RX IC102与电池100之间只需要设置三电平buck电路103。在CC充电阶段，该三电平buck电路103可以相当于SC电路，因此相对于传统的降压(buck)电路而言，即使三电平buck电路103输出和输入的电压差值较大，也能够获得较高的电压转换效率。此外，相对于SC电路而言，MCURX104可以对三电平buck电路103进行闭环调节，使得其输出电压灵活可调。因此无需在电子设备10中设置级联的buck电路和SC电路，从而能够达到简化电路结构，并降低成本的目的。
由上述可知，当电池100的电池电压Vbat达到第二电压门限Vth2(例如，Vth2＝4.25V)，CC充电阶段结束。该电池100进入如图11A所示的CV充电阶段。在该CV充电阶段，电池100的充电电压V(图11A中采用实线表示)可以在一定范围内保持恒定(图11A中采用直线表示)，然而，RX IC102向电池100提供的充电电流I(图11A中采用点画线表示)逐渐降低至电池100的充电截止电流。当电池100接收到的充电电流达到上述充电截止电流时，该电池100处于充满的状态。
由于在上述CV充电阶段流入电池100的充电电流会逐渐减小，为了避免充电电流减小至充电截止电流，而导致RX IC102的输出端近似处于开路的状态，使得TX线圈201与RX线圈101之间无法进行电磁感应，当流入电池100的充电电流降低至虚拟负载(dummy load)开启电流阈值Ith时，例如Ith＝100mA，该RX IC102内部会设置一个虚拟负载例如电阻接入整个电路中，避免RX IC102的输出端处于开路的状态。从而可以提高TX线圈201与RX线圈101之间通讯波形质量以及系统稳定性。
然而，当RX IC102内部的虚拟负载接入无线充电系统01后，该虚拟负载上会产生100mW～300mW的损耗，虚拟负载接入的时间越长，由该虚拟负载产生的损耗越大。上述损耗会以热能的形式消耗，从而对电子设备10中的芯片温升以及整机温升造成明显的影响。因此，本申请实施例提供的控制方法为了减小上述由于虚拟负载接入导致的热损，可以执行以下S105至S109。
需要说明的是，RX IC102芯片的类型不同，该RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith存在一定的差异，MCURX104可以对上述RX IC102芯片的虚拟负载开启电流阈值Ith进行识别。
S105、若检测电池100进入恒压(CV)充电状态，则检测RX IC102输出电流是否降低至第一预设电流。
电子设备10中的MCURX104在执行S105的过程中，由上述可知，当MCURX104检测到电池100的电池电压Vbat达到第二电压门限Vth2，则电池100进入恒压(CV)充电状态。此外，若MCURX104检测到RX IC102输出电流未降低至第一预设电流，则继续保持执行上述S104。若RXIC102输出电流降低至第一预设电流，则执行以下S106。
其中，第一预设电流大于或等于RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith，且第一预设电流与虚拟负载开启电流阈值Ith的差值△I，位于第一预设范围，从而使得第一预设电流略微大于或等于RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith。上述第一预设范围可以为0mA～200mA。示例的，当从第一预设电流与RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith的差值△I为0时，该第一预设电流与上述虚拟负载开启电流阈值Ith相等。在此情况下，若MCURX104检测到RX IC102输出电流降低至RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith，则执行以下S106。
或者，当从第一预设电流与RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith的差值△I大于0时，该第一预设电流略微大于上述RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith。在此情况下，若MCURX104检测到RX IC102输出电流降低至略微大于RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith，则执行以下S106。此外，△I的数值不能太大，例如大于200mA时，RX IC102输出的电流与RXIC102的虚拟负载开启电流阈值Ith差异太大，不满足数值接近的要求。示例的，电流差△I可以为0mA、10mA、20mA、30mA、50mA、60mA、100mA、150mA或者200mA等等。
需要说明的是，以下为了方便说明，均是以第一预设电流与上述虚拟负载开启电流阈值Ith相等为例进行的说明。
S106、发送第二模式请求。
在执行S106的过程中，若电子设备10中的MCURX104检测到RX IC102输出电流降低至RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith，该RX IC102可以通过带内通讯或者带外通讯的方式，向图12所示的TX IC202发送第二功率充电请求。
S107、根据第二功率请求减小输出电压。
在此情况下，TX IC202可以根据接收到的第二模式请求，控制适配器204向TXIC202直接输出较小电压，例如5V，以减小无线充电发射装置20的输出电压。接下来，TXIC202将接收到的第二电压V2转换成交流电，并传输至TX线圈201，使得TX线圈201生成交变磁场。
S108、RX IC102输出第二电压V2，对电池100进行第二电压模式充电。
RX线圈101感应上述交变磁场并向RX IC102输出交流电。此时，RX IC102可以根据上述第一控制信号，输出第二电压V2(例如，V2＝5V)，从而可以对电池100进行第二电压模式充电。在此情况下，由上述可知，MCURX104可以根据获取到的电池电压Vbat，对RX IC102的输出电压以及三电平buck电路103的输出电压进行闭环调节。
示例的，在MCURX104的控制下，RX IC102可以将来自RX线圈101的，电压幅值为第二电压V2的交流电压转换成直流电压。例如，该RX IC102的第二电压V2可以为5V。三电平buck电路103可以将RX IC102输出的第二电压V2进行降压，例如降低至第二电压门限Vth2(Vth2＝4.25V)左右，并施加至电池100对其进行充电。
由于在该CV充电阶段，该RX IC102输出的第二电压V2与电池电压Vbat的比值小于2：1。示例的，RX IC102输出的第二电压V2为5V左右，MCURX104获取到的电池电压Vbat为4.25V左右。同理可得，在此情况下，为了使得电池100接收到的充电电压接近MCURX104获取到的电池电压Vbat，例如4.2V左右，MCURX104可以向第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g输入PWM信号的占空比D满足如图8所示的D＞0.5。从而使得三电平buck电路103的输出电压等于或近似等于4.25V，并施加至电池100。
S109、RX IC102输出电流逐渐降低至虚拟负载开启电流阈值Ith，虚拟负载开启。
示例的，以虚拟负载开启电流阈值Ith为100mA为例，如图13所示，当RX IC102输出第一电压V1，例如V1＝9V，对电池100进行第一电压模式充电时，当该电池100的充电功率降低至图13中的A点，A点功率为0.9W时，RX IC102内部的虚拟负载就会接入无线充电系统01。然而，当在A点RX IC102输出第二电压V2，例如V2＝5V，以对电池100进行第二电压模式充电时，由于充电功率在瞬间还未发生变化，所以充电电流会突然增大，并大于虚拟负载开启电流阈值Ith(例如，100mA)，使得虚拟负载在A点位置并未开启。接下来，充电电流继续降低，直至再次降低至虚拟负载开启电流阈值Ith(例如，100mA)，即位于B点(例如，功率为0.5W)，RXIC102内部的虚拟负载才会接入无线充电系统01。
由上述可知，本申请实施例中，当电池100的充电电流降低至略大于或等于虚拟负载开启电流阈值Ith(例如，100mA)时，通过将大功率充电切换至小功率充电，可以将虚拟负载接入的时间由点A延迟至点B，从而延迟RX IC102内部的虚拟负载接入无线充电系统01的时间，减小的虚拟负载接入无线充电系统01的时长，从而达到减小由于虚拟负载引起的热损，减缓正极温升的目的。
此外，在执行S101的过程中，若MCURX104检测到电池100未进入恒流充电，也可以执行上述S105，以减小由于虚拟负载开启引起的热损。
示例二
本实施例的控制方法如图14所示，可以包括S201～S208。
S201、检测电池100是否进入恒流(CC)充电状态。
S202、发送第一模式请求。
S203、根据第一模式请求增大输出电压。
S204、RC IC102输出第一电压V1，以对电池100进行第一电压模式充电。
本示例中，电池100在CC充电阶段的方法与示例一相同，因此S201、S202、S203以及S204的过程分别与上述S101、S102、S103以及S104的执行过程同上所述，此处不再赘述。S205～S206的执行过程与上述示例一不同。
S205、若检测电池100进入恒压充电状态，则检测RX IC102输出的电流是否降低至第二预设电流。
同理，MCURX104在执行上述S205的过程中，可以通过检测电池100的电池电压Vbat是否达到第二电压门限Vth2，若达到第二电压门限Vth2则电池100进入恒压充电状态。
此外，第二预设电流大于RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith，且第二预设电流与虚拟负载开启电流阈值Ith的差值△I，位于第二预设范围，从而使得第二预设电流略微大于RX IC102的虚拟负载开启电流阈值Ith。示例的，第二预设范围可以为10mA～200mA的范围之内。当上述△I小于10mA时，△I的数值太小，对MCURX104运算精度的要求较高，不利于简化运算过程和降低成本。当△I大于200mA时，△I的数值太大，RX IC102输出的电流与RXIC102的虚拟负载开启电流阈值Ith差异太大，不满足数值接近的要求。示例的，电流差△I可以为10mA、20mA、30mA、50mA、60mA、100mA、150mA或者200mA等等。若MCURX104检测到RX IC102输出的电流降低至上述第二预设电流则执行以下S206。若MCURX104检测到RX IC102输出的电流未降低至上述第二预设电流则执行上述S202。
S206、RX IC102输出电压逐级降低，以保持RX IC102输出电流不变。
在执行S205时，若MCURX104检测RX IC102输出的电流降低至上述第二预设电流，该RX IC102可以通过带内通讯或者带外通讯的方式，向图12所示的TX IC202继续发送上述第一模式请求。在此情况下，TX IC202可以继续控制适配器204直接输出较大电压，例如9V。或者，当无线充电发射装置20包括如图2所示的boost电路205时，TX IC202可以通过MCUTX203继续控制boost电路205将适配器204输出的较小电压，例如5V升压至9V。
接下来，TX IC202将接收到的第一电压V1转换成交流电，并传输至TX线圈201，使得TX线圈201生成交变磁场。RX线圈101感应上述交变磁场并向RX IC102输出交流电。在MCURX104的控制下，RX IC102输出的电压可以由第一电压V1(例如，V1＝9V)逐级降低至第二电压V2(例如，V2＝5V)，并控制RX IC102输出的电流不变，且保持大于虚拟负载开启电流阈值Ith的状态，直至RX IC102输出上述第二电压V2(例如，V2＝5V)。
基于此，由上述可知，可以通过MCURX104对三电平buck电路103中各个开关管的控制端g所接收到的PWM信号的占空比D进行调节，以对三电平buck电路103输出电压进行精细化的闭环调节，使得在上述CV充电阶段，三电平buck电路103可以保持电池100输入端的电压恒定，提高充电的稳定性。
在本申请的一些实施例中，在MCURX104的控制下，RX IC102输出的电压由第一电压V1(例如，V1＝9V)逐级降低至第二电压V2(例如，V2＝5V)的过程中，在MCURX104输出上述第一控制信号的一个周期内，对RX IC102输出电压的步进调节电压值可以位于15mV～3V之间。当上述步进调节电压值小于15mV时，上述步进调节电压值的数值太小，对MCURX104运算精度的要求较高，不利于简化运算过程和降低成本。当步进调节电压值大于3V时，上述步进调节电压值的数值太大，会降低MCURX104对RX IC102进行闭环调节的精度。
S207、检测RX IC102输出电压是否降低至第二电压V2。
具体的，电子设备10中的MCURX104可以检测RX IC102是否输出第二电压V2，以判断该RX IC102输出电压是否降低至第二电压V2。若MCURX104检测到RX IC102输出第二电压V2，则执行上述S208。若MCURX104检测到RX IC102未输出第二电压V2，则保持执行上述S206。
S208、对电池100进行第二电压模式充电，RX IC102输出电流逐渐降低至虚拟负载开启电流阈值Ith，虚拟负载开启。
在执行上述S208的过程中，电池100进入CV阶段，因此RX IC102可以通过内部设置的处理器与TXIC202进行通信，使得发射线圈201输出的电压能够满足保持RX IC102输出电压不变的需求。
此外，由于执行上述S208的过程中，该RX IC102输出电压已经降低至第二电压V2(例如，V2＝5V)，因此RX IC102输出的第二电压V2与电池电压Vbat的比值小于2：1。示例的，RX IC102输出的第二电压V2为5V，MCURX104获取到的电池电压Vbat为4.25V。同上所述，在此情况下，为了使得三电平buck电路103的输出电压接近MCURX104获取到的电池电压Vbat，例如4.2V，MCURX104可以向第一开关管Q1的控制端g和第二开关管Q2的控制端g输入PWM信号的占空比D满足如图8所示的D＞0.5。从而使得三电平buck电路103的输出电压等于或近似等于4.25V，并施加至电池100，对电池100进行充电。
由上述可知，该第二预设电流略大于虚拟负载开启电流阈值Ith，在此情况下，若MCURX104检测到RX IC102输出的电流降低至上述第二预设电流，例如图15所示的A点时，MCURX104可以控制RX IC102输出的电流不变，且保持大于虚拟负载开启电流阈值Ith的状态，直至RX IC102输出上述第二电压V2(例如，V2＝5V)，即位于B点。
接下来，RX IC102输出电流逐渐降低，当降低至虚拟负载开启电流阈值Ith时，即位于b1点时，RX IC102内部的虚拟负载才会接入无线充电系统01。如果不采用上述逐级降低RX IC102输出电压的方式，当电池100进入恒压阶段，其充电电流在点a1处就会达到虚拟负载开启电流阈值Ith。因此，在点a1处，RX IC102内部的虚拟负载就会接入无线充电系统01中。所以，本实施例可以将虚拟负载接入的时间由点a1延迟至点b1，从而减小的虚拟负载接入无线充电系统01的时长，从而达到减小由于虚拟负载引起的热损，减缓正极温升的目的。
此外，相对于与图13对应的示例一而言，本示例中，当电池100的充电功率由A点切换至B点的过程中，如图15所示，电池100接收到的充电电流可以恒定不变，且始终保持在大于虚拟负载开启电流阈值Ith的状态，从而可以避免充电电流突变造成的损耗。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种充电控制方法，应用于电子设备，其特征在于，所述电子设备包括接收线圈、无线电能接收器、三电平降压电路、电池以及接收端控制器；所述无线电能接收器与所述接收线圈电连接，所述三电平降压电路与所述无线电能接收器以及所述电池电连接，所述接收端控制器与所述无线电能接收器和所述三电平降压电路电连接；
所述充电控制方法包括：
所述接收端控制器获取所述电子设备的电池电压；
所述接收端控制器根据获取到的所述电池电压向所述无线电能接收器发送第一控制信号，并向所述三电平降压电路发送第二控制信号；
所述无线电能接收器向无线充电发射装置发送第一模式请求，并根据所述第一控制信号，将所述接收线圈感应生成的交流电转换成直流电，输出第一电压V1，以对所述电池进行第一电压模式充电；
所述三电平降压电路根据所述第二控制信号，将所述无线电能接收器的输出电压进行降压后，输出至所述电池；其中，所述电池接收到的充电电压与所述电池电压相同。
2.根据权利要求1所述的充电控制方法，其特征在于，
若所述电池进入恒流充电状态，所述无线电能接收器根据所述第一控制信号，输出第一电压V1包括：所述无线电能接收器根据所述第一控制信号，对所述第一电压V1进行调节；所述第一控制信号用于指示所述无线电能接收器将所述第一电压V1调节至所述电池电压的2倍。
3.根据权利要求2所述的充电控制方法，其特征在于，
所述三电平降压电路包括：飞跨电容、输入电容、电感、输出电容以及串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；所述飞跨电容的第一端电连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间，所述飞跨电容的第二端电连接于所述第三开关管和所述第四开关管之间；所述第一开关管的第一极与所述无线电能接收器电连接，所述第四开关管的第二极接地；所述输入电容的第一端与所述第一开关管的第一极电连接，所述输入电容的第二端接地；所述电感的第一端电连接于第二开关管与第三开关管之间；所述输出电容的第一端与所述电感的第二端电连接，所述输出电容的第二端接地；
所述第二控制信号的占空比为向所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端输入的输出脉宽调制PWM信号的占空比；
其中，向所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端输入的PWM信号的相位相差半个周期，向所述第一开关管的控制端和所述第四开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反，向所述第二开关管的控制端和所述第三开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反。
4.根据权利要求3所述的充电控制方法，其特征在于，
所述三电平降压电路根据所述第二控制信号，将所述无线电能接收器的输出电压进行降压之前，所述方法还包括：若所述接收端控制器判断所述第一电压V1为所述电池电压的2倍，则所述接收端控制器将所述第二控制信号的占空比D设置为D＝0.5。
5.根据权利要求4所述的充电控制方法，其特征在于，所述三电平降压电路中，所述电感第一端的电压与所述电感第二端的电压之间的电压差△V满足：0V＜△V≤5V。
6.根据权利要求3所述的充电控制方法，其特征在于，
所述三电平降压电路根据所述第二控制信号，将所述无线电能接收器的输出电压进行降压之前，所述方法还包括：若所述接收端控制器判断所述第一电压V1与所述电池电压的比值大于2：1，则所述接收端控制器将所述第二控制信号的占空比D设置为D＜0.5。
7.根据权利要求3所述的充电控制方法，其特征在于，
所述三电平降压电路根据所述第二控制信号，将所述无线电能接收器的输出电压进行降压之前，所述方法还包括：若所述接收端控制器判断所述第一电压V1与所述电池电压的比值小于2：1，则所述接收端控制器将所述第二控制信号的占空比D设置为D＞0.5。
8.根据权利要求1-7任一项所述的充电控制方法，其特征在于，若所述电池进入恒压充电状态，且所述无线电能接收器输出电流降低至第一预设电流，所述无线电能接收器输出第一电压V1之后，所述三电平降压电路将所述无线电能接收器的输出电压进行降压之前，所述方法还包括：
所述无线电能接收器向无线充电发射装置发送第二模式请求，并根据所述第一控制信号，输出第二电压V2，以对所述电池进行第二电压模式充电，V1＞V2；
其中，所述第一预设电流大于或等于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且所述第一预设电流与所述虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第一预设范围之内。
9.根据权利要求1-7任一项所述的充电控制方法，其特征在于，若所述电池进入恒压充电状态，且所述无线电能接收器输出电流降低至第二预设电流，所述无线电能接收器输出第一电压V1之后，所述三电平降压电路将所述无线电能接收器的输出电压进行降压之前，所述方法还包括：
所述接收端控制器控制所述无线电能接收器的输出电压由所述第一电压V1逐级降低至第二电压V2，使得所述无线电能接收器输出的电流保持所述第二预设电流，直至所述无线电能接收器输出所述第二电压V2；
所述无线电能接收器输出所述第二电压V2，以对所述电池进行第二电压模式充电，V1＞V2；
其中，所述第二预设电流大于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且所述第二预设电流与所述虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第二范围之内。
10.根据权利要求9所述的充电控制方法，其特征在于，所述接收端控制器控制所述无线电能接收器的输出电压由所述第一电压V1逐级降低至第二电压V2包括：
在所述第一控制信号的一个周期内，对所述无线电能接收器输出电压的步进调节电压值位于15mV～3V之间。
11.根据权利要求3所述的充电控制方法，其特征在于，所述电子设备还包括：第五开关管；所述第五开关管的第一极与所述电感的第二端电连接，所述第五开关管的第二极与所述电池电连接，所述第五开关管的控制端与所述接收端控制器电连接；
所述方法还包括：若所述接收端控制器检测到所述电池的电量达到最大电量阈值时，所述接收端控制器控制所述第五开关管处于截止状态。
12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
接收线圈，用于感应生成交流电；
电池；
接收端控制器，用于获取所述电子设备的电池电压，并根据获取到的所述电池电压发送第一控制信号和第二控制信号；
无线电能接收器，与所述接收线圈电连接，用于根据所述第一控制信号，将所述接收线圈感应生成的交流电转换成直流电，输出第一电压V1，以对所述电池进行第一电压模式充电；
三电平降压电路，与所述无线电能接收器以及所述电池电连接，用于根据所述第二控制信号，将所述无线电能接收器输出的电压进行降压后，输出至所述电池；所述电池接收到的充电电压与所述电池电压相同。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，若所述电池进入恒流充电状态，所述无线电能接收器还用于根据所述第一控制信号，对所述第一电压V1进行调节；所述第一控制信号用于指示所述无线电能接收器将所述第一电压V1调节至所述电池电压的2倍。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，
所述三电平降压电路包括：飞跨电容、输入电容、电感、输出电容以及串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；所述飞跨电容的第一端电连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间，所述飞跨电容的第二端电连接于所述第三开关管和所述第四开关管之间；所述第一开关管的第一极与所述无线电能接收器电连接，所述第四开关管的第二极接地；所述输入电容的第一端与所述第一开关管的第一极电连接，所述输入电容的第二端接地；所述电感的第一端电连接于第二开关管与第三开关管之间；所述输出电容的第一端与所述电感的第二端电连接，所述输出电容的第二端接地；
所述第二控制信号的占空比为向所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端输入的输出脉宽调制PWM信号的占空比；
其中，向所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端输入的PWM信号的相位相差半个周期，向所述第一开关管的控制端和所述第四开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反，向所述第二开关管的控制端和所述第三开关管的控制端输入的PWM信号的波形相反。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述接收端控制器还用于若判断所述第一电压V1为所述电池电压的2倍，则将所述第二控制信号的占空比D设置为D＝0.5。
16.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述接收端控制器还用于若判断所述第一电压V1与所述电池电压的比值大于2：1，则将所述第二控制信号的占空比D设置为D＜0.5。
17.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述接收端控制器还用于若判断所述第一电压V1与所述电池电压的比值小于2：1，则将所述第二控制信号的占空比D设置为D＞0.5。
18.根据权利要求12-17任一项所述的电子设备，其特征在于，
若所述电池进入恒压充电状态，且所述无线电能接收器输出电流降低至第一预设电流，所述无线电能接收器还用于向无线充电发射装置发送第二模式请求，并根据所述第一控制信号，输出第二电压V2，以对所述电池进行第二电压模式充电，V1＞V2；
其中，所述第一预设电流大于或等于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且所述第一预设电流与所述虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第一预设范围之内。
19.根据权利要求12-17任一项所述的电子设备，其特征在于，
若所述电池进入恒压充电状态，且所述无线电能接收器输出电流降低至第二预设电流，所述接收端控制器还用于控制所述无线电能接收器的输出电压由所述第一电压V1逐级降低至第二电压V2，使得所述无线电能接收器输出的电流保持所述第二预设电流，直至所述无线电能接收器输出所述第二电压V2；所述无线电能接收器还用于输出所述第二电压V2，以对所述电池进行第二电压模式充电，V1＞V2；
其中，所述第二预设电流大于无线电能接收器的虚拟负载开启电流阈值Ith，且所述第二预设电流与所述虚拟负载开启电流阈值Ith的差值，位于第二范围之内。
20.一种无线充电系统，其特征在于，包括无线充电发射装置以及如权利要求12-19任一项所述的电子设备；所述无线充电发射装置包括：
无线电能发射器，用于将接收到的直流电转换成交流电；
发射线圈，与所述无线电能发射器电连接，用于根据接收到的交流电生成交变磁场，并发射至所述接收线圈；
发射端控制器，与所述无线电能发射器电连接，用于控制所述无线电能发射器的输出电压和输出电流。
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