CN217063335U - 无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无线充电系统。所述无线充电系统包括谐振模块、检测模块、控制模块。其中谐振模块包括发射端线圈和电容器。其中检测模块与所述谐振模块相连接并用于检测所述谐振模块在没有电能输入时的谐振电压,所述检测模块为AD电压采集电路，AD电压采集电路用于持续采集谐振模块在没有电能输入时谐振电压的电压信号，并将电压模拟信号转换为数字信号，以便对所述谐振电压进行分析。其中控制模块和所述谐振模块相连接并用于向所述谐振模块输入电能以驱动所述谐振模块，所述检测模块连接于所述谐振模块和所述控制模块之间，所述控制模块根据所述检测模块的传输信号调整对所述谐振模块的驱动模式。如此设置，能够降低无线充电系统的能量损耗。

Description

无线充电系统

技术领域

本实用新型属于无线充电技术领域,尤其涉及一种无线充电系统。

背景技术

无线充电技术是基于“电磁感应”原理的能量传输技术，包括能量发射端和接收端。发射端线圈利用高频交流电能够产生变化的磁场并通过空气等介质将能量发射出去，当接收端线圈处于发射端的磁场中时，会产生感应电流，从而实现发射端到接收端的能量传输。由于发射端和接收端之间无需物理连接，不需要额外设置插拔结构，充电十分便捷，因此无线充电技术得到了广泛的应用。

由于只有当接收端处于发射端的磁场中时才能实现由发射端到接收端的能量传输，同时当周围存在金属异物时会产生金属涡流现象。为了避免非必要的能量损耗同时避免对其他设备的电磁干扰，检测发射端周围的情况就十分必要。

现有技术中检测发射端周围的情况的检测方法有多种，比如在发射端设置两个相互对称的平衡线圈，通过比较两个平衡线圈上的电势来判断发射端周围情况。但是，该种结构设计比较复杂同时会造成较大的能量损耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够降低能量损耗的无线充电系统。

为实现上述实用新型的目的,本实用新型提供一种无线充电系统，所述无线充电系统包括

谐振模块，包括发射端线圈和电容器；

检测模块，与所述谐振模块相连接并用于检测所述谐振模块在没有电能输入时的谐振电压，所述检测模块为AD电压采集电路，所述AD电压采集电路用于持续采集所述谐振模块在没有电能输入时所述谐振电压的电压信号，并将电压模拟信号转换为数字信号，以便对所述谐振电压进行分析；

控制模块，和所述谐振模块相连接并用于向所述谐振模块输入电能以驱动所述谐振模块，所述检测模块连接于所述谐振模块和所述控制模块之间，所述控制模块根据所述检测模块的传输信号调整对所述谐振模块的驱动模式。

作为本实用新型的进一步改进，所述检测模块包括比较电路，所述比较电路具有第一输入端、第二输入端、输出端，所述第一输入端连接于所述谐振模块，所述输出端连接于所述控制模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述检测模块包括基准电压产生电路，所述基准电压产生电路一端连接于所述控制模块，另一端连接于所述第二输入端。

作为本实用新型的进一步改进，所述检测模块包括峰值电压采集电路，所述峰值电压采集电路和所述比较电路并联于所述控制模块和所述谐振模块之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述检测模块还具有延时电路，所述延时电路和所述峰值电压采集电路串联同时与所述比较电路并联。

作为本实用新型的进一步改进，所述比较电路为比较器。

作为本实用新型的进一步改进，所述无线充电系统包括供电电路，所述控制模块连接于所述供电电路。

作为本实用新型的进一步改进，所述检测模块和所述谐振模块之间连接有降压电路，所述降压电路包括相互串联的第一电阻和第二电阻，所述谐振模块连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制模块和所述谐振模块之间设置有逆变驱动电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：能够降低无线充电系统的能量损耗。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明,其中:

图1是本实用新型无线充电系统的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

图1是本实用新型无线充电系统的示意图。

如图1所示，所述无线充电系统包括：

谐振模块10，包括发射端线圈11和电容器12；

检测模块20，与所述谐振模块10相连接并用于检测所述谐振模块10在没有电能输入时的谐振电压；

控制模块30，和所述谐振模块10相连接并用于向所述谐振模块10输入电能以驱动所述谐振模块10，所述检测模块20连接于所述谐振模块10和所述控制模块30之间，所述控制模块30根据所述检测模块20的传输信号调整对所述谐振模块10的驱动模式。

具体的，所述控制模块30可以为微处理器。如此设置，结构简单，易于实现，成本低廉。

所述无线充电系统可以包括发射端和接收端，所述发射端包括上述相连接设置的谐振模块10、控制模块30、检测模块20。所述接收端与所述发射端可以是间隔设置且无物理上的接触。所述接收端包括接收端线圈，当所述接收端线圈在所述发射端线圈11的磁场范围内时，所述接收端线圈能够接收所述发射端线圈11传输的能量。

所述发射端线圈11和所述电容器12能够组成LC谐振电路，所述LC谐振电路在有能量输入时能够充电并起振，进入谐振状态。

在实际使用中，所述控制模块30在接通电源后控制所述发射端进入待机状态。所述控制模块30对所述谐振模块10的所述驱动模式包括第一驱动模式、第二驱动模式、第三驱动模式。

所述第一驱动模式是指所述控制模块30间隔特定的时间向所述谐振模块 10输出持续一定时长的第一驱动信号。所述第一驱动信号是指用于使所述谐振模块10充电并起振，从而进入谐振状态的电信号。所述第一驱动信号只要足够使所述谐振模块10起振并能够维持短暂的谐振状态即可。

由于第一驱动信号的时间十分短暂，所以当所述控制模块30停止所述第一驱动信号的输出时，所述谐振模块10由于自身的电路特性仍能够维持一定时间的谐振状态。所述谐振模块10在没有外界能量输入的情况下所具有的谐振状态在本申请中统称为自由谐振状态。所述谐振模块10的谐振电路在所述自由谐振状态下所产生的电压即为所述谐振电压。

由于自由谐振状态下所述发射端线圈11也会产生变化的磁场。当有金属物品如铁、铜等进入发射端线圈11的磁场中时，会吸收磁场的能量而降低磁场的强度。当磁性非导电材料如铁氧体等进入发射端线圈11的磁场中时，会增强磁场强度。接收端线圈一般为中间设置有铁氧体材料的呈环形设置的金属线圈。

在所述发射端线圈11周围设置不同的材料，由于他们对所述发射端线圈 11磁场的影响不同，所以所述发射端线圈11的谐振电压相应的会呈现出不同的特点。

根据实验数据比对我们得知，当没有其他材料影响时，所述发射端线圈11 的谐振电压在所述第一驱动信号停止后在特定时间内的波形曲线十分均匀，所述谐振电压的峰值以均匀的衰减幅度逐渐减小，所述谐振电压具有第一谐振频率。

当在所述发射端线圈11周围放置有金属材料时，所述谐振电压在特定时间内的波形曲线失真，所述谐振电压的峰值衰减幅度较大，所述谐振电压的谐振频率大于所述第一谐振频率。

当在所述发射端线圈11周围放置接收端线圈时，所述谐振电压在特定时间内波形曲线比较均匀，所述谐振电压的峰值以均匀的衰减幅度逐渐减小，所述谐振电压的谐振频率和所述第一谐振频率相比会有一定的变化。

同样，通过实验我们发现接收端线圈距所述发射端线圈11的垂直距离是影响所述发射端和所述接收端之间能量传输效率的主要因素。而当所述接收端线圈距离所述发射端线圈11的垂直距离不同时，所述谐振电压的谐振频率的数值也不相同。

通过上述实验内容的论述我们可以得知，通过比对谐振电压的波形曲线、谐振电压的峰值衰减幅度、谐振电压的谐振频率等变化量，我们就可以检测得出所述发射端线圈11周围是否有金属异物、是否存在接收端、并且在确定存在接收端时计算出接收端距发射端的距离是多少。

由于所述谐振模块10在处于自由谐振状态时不需要消耗能量，使所述谐振模块10进入谐振状态的所需能量也比较低。所以本申请的技术方案通过对自由谐振状态下谐振电压的检测能够以较低的能耗来检测所述发射端线圈11周围是否存在金属异物、是否存在接收端、并且在确定存在接收端时计算出接收端距发射端的距离是多少。

优选的，所述第一驱动信号是指PWM驱动信号，所述驱动信号的持续时间为50微秒。对自由谐振状态下的谐振电压的检测时间为200微秒，两个相邻的所述第一驱动信号的间隔时间为1秒。如此设置，能够保证发射端对所述谐振电压检测的准确充分，在保证低能耗的同时，能够对发射端周围的情况做出及时的响应。

当所述控制模块30没有接收到特定信号时，所述控制模块30始终处于第一驱动模式，以检测是否有金属异物存在、是否有接收端线圈的存在以及在接收端线圈存在的情况下，接收端线圈所处位置是否适宜进行能量传输。当所述控制模块30在第一驱动模式下满足了特定的条件，比如检测到所述接收端线圈的存在，或者是接收端线圈存在且距离适当，就会将所述驱动模式调整为所述第二驱动模式。

所述第二驱动模式是指所述控制模块30向所述谐振模块10输出持续一定时长的所述第二驱动信号。所诉第二驱动信号是指用于使所述谐振模块10进入足以使所述接收端短暂充电启动的状态的电信号。所述接收端启动后，将向所述发射端发送信号，在发射端接收到接收端返回的信号后，将再次确认接收端的存在并将所述驱动模式调整为所述第三驱动模式。

所述第三驱动模式是指所述控制模块30向所述谐振模块10输出持续的所述第三驱动信号。所述第三驱动信号是指用于使所述谐振模块10进入正式向所述接收端持续充电的工作状态的电信号。此时接收端可以持续接收所述发射端发送的能量，直至充满电。

如此设置，能够减少所述无线充电系统的能量损耗，减少对所述发射端周围的装置的电磁干扰，同时能够检测所述发射端线圈11周围是否存在金属异物、是否存在接收端、并且在确定存在接收端时计算出接收端距发射端的距离是多少，防止因金属涡流现象、传输距离不合适造成能量浪费、设备损坏等情况的产生，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

优选的，所述检测模块20可以包括比较电路21，所述比较电路21具有第一输入端211、第二输入端212、输出端213，所述第一输入端211连接于所述谐振模块10，所述输出端213连接于所述控制模块30。

进一步的，所述检测模块20包括基准电压产生电路22，所述基准电压产生电路22一端连接于所述控制模块30，另一端连接于所述第二输入端212。

当所述谐振模块10进入自由谐振状态后，可以按时间的先后顺序将检测所述谐振电压的时间分为时间点1、时间点2、时间点3…时间点N，时间点N+1，相邻的时间点之间间隔的时间相同。

所述控制模块30控制所述基准电压产生电路22产生所述时间1的所述谐振电压1，以将所述谐振电压1作为所述基准电压；

所述第一输入端211输入时间点2的所述谐振电压2，所述比较电路21将所述谐振电压2和所述谐振电压1相比较；

在比较完成后，所述控制模块30控制所述基准电压产生电路22产生时间 2的所述谐振电压2，以将所述谐振电压2作为所述基准电压；

所述第一输入端211输入时间点3的所述谐振电压3，所述比较电路21将所述谐振电压3和所述谐振电压2相比较；

在比较完成后，所所述控制模块30控制所述基准电压产生电路22产生时间3的所述谐振电压3，以将所述谐振电压3作为所述基准电压…如此循环。

并且在对相邻时间点的所述谐振电压进行比较后，将第一次出现后一时间点的谐振电压小于前一时间点的谐振电压的情形下前一时间点的谐振电压记录为峰值电压同时记录该时间点，然后不再记录之后出现的后一时间点的谐振电压小于前一时间点的谐振电压情况下的前一时间点的谐振电压，直至出现后一时间点的谐振电压大于前一时间点的谐振电压的情形后，再将之后第一次出现的后一时间点的谐振电压小于前一时间点的谐振电压情形下的前一时间点的谐振电压记录为峰值电压同时记录该时间点，如此循环，并在排除第一次记录的可能不正确的数据后，即可获得若干被记录的峰值电压及其时间点，由此可以获知所述谐振电压的峰值的变化幅度及谐振频率。

如此设置，能够准确获知所述谐振电压的峰值的变化幅度及谐振频率，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

进一步的，所述检测模块20包括峰值电压采集电路23，所述峰值电压采集电路23和所述比较电路21并联于所述控制模块30和所述谐振模块10之间。所述峰值电压采集电路23可以用于传输不同时间点的谐振电压给控制模块30，同时所述峰值电压采集模块可以在所述控制模块30的控制下采集并存储上述峰值电压以及相应的时间点。如此设置，能够准确获知所述谐振电压的峰值的变化幅度及谐振频率，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

进一步的，所述检测模块20还具有延时电路24，所述延时电路24和所述峰值电压采集电路23串联同时与所述比较电路21并联。所述延时电路24可以用于调控输入所述峰值电压采集电路23的所述谐振电压的时间，以保证所述峰值电压采集电路23和所述比较电路21输入的所述谐振电压在时间上相协调。如此设置，能够准确获知所述谐振电压的峰值的变化幅度及谐振频率，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

当然，上述电路在实际使用中也可以采用不同的控制方式，例如可以根据实验预先采集并存储数据以生成模拟峰值电压，所述控制模块30控制所述基准电压产生电路22产生上述模拟峰值电压作为所述基准电压。当第一出入端输入的谐振电压大于第二输入端212的所述基准电压时，所述控制模块30可以控制所述峰值电压采集电路23采集并存储的此时的谐振电压以及相应的时间。如此设置，能够准确获知所述谐振电压的峰值的变化幅度及谐振频率，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

优选的，所述比较电路21为比较器。如此设置，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

进一步的，所述检测模块20和所述谐振模块10之间连接有降压电路40，所述降压电路40包括相互串联的第一电阻和第二电阻，所述谐振模块10连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间。如此设置，能够防止所述比较电路21 和所述峰值电压采集电路23上的电压过大，使电路更加安全易于控制，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

当然，所述检测模块20可以直接采用AD电压采集电路。所述AD电压采集电路可以是集成电路，能够持续采集电压信号，并将电压模拟信号转换为数字信号，以便对所述谐振电压进行分析，计算出其峰值、频率等。如此设置，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

进一步的，所述控制模块30和所述谐振模块10之间可以设置有逆变驱动电路50。如此设置，能够使所述无线充电系统可以采用直流电源供电，并且将直流电转换成为交流电，从而使所述谐振模块10能够产生变化的磁场。

进一步的，所述无线充电系统可以包括供电电路60，所述控制模块30连接于所述供电电路60，所述供电电路60用于给所述控制模块30供给电源。所述供电电路60可以是利用电能转换装置将市电转换为高频交流电的电路。如此设置，结构设计简单，易于实现，成本低廉.

综上所示，本实用新型的无线充电系统，能够解决该种结构设计比较复杂同时会造成较大的能量损耗的问题。采用本申请文件中的技术方案，能够减少所述无线充电系统的能量损耗，减少对所述发射端周围的装置的电磁干扰，同时能够检测所述发射端线圈11周围是否存在金属异物、是否存在接收端、并且在确定存在接收端时计算出接收端距发射端的距离是多少，防止因金属涡流现象、传输距离不合适造成能量浪费、设备损坏等情况的产生，结构设计简单，易于实现，成本低廉。

应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合, 形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本实用新型的保护范围,凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括

谐振模块，包括发射端线圈和电容器；

检测模块，与所述谐振模块相连接并用于检测所述谐振模块在没有电能输入时的谐振电压，所述检测模块为AD电压采集电路，所述AD电压采集电路用于持续采集所述谐振模块在没有电能输入时所述谐振电压的电压信号，并将电压模拟信号转换为数字信号，以便对所述谐振电压进行分析；

控制模块，和所述谐振模块相连接并用于向所述谐振模块输入电能以驱动所述谐振模块，所述检测模块连接于所述谐振模块和所述控制模块之间，所述控制模块根据所述检测模块的传输信号调整对所述谐振模块的驱动模式。

2.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述检测模块包括比较电路，所述比较电路具有第一输入端、第二输入端、输出端，所述第一输入端连接于所述谐振模块，所述输出端连接于所述控制模块。

3.如权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述检测模块包括基准电压产生电路，所述基准电压产生电路一端连接于所述控制模块，另一端连接于所述第二输入端。

4.如权利要求3所述的无线充电系统，其特征在于，所述检测模块包括峰值电压采集电路，所述峰值电压采集电路和所述比较电路并联于所述控制模块和所述谐振模块之间。

5.如权利要求4所述的无线充电系统，其特征在于，所述检测模块还具有延时电路，所述延时电路和所述峰值电压采集电路串联同时与所述比较电路并联。

6.如权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述比较电路为比较器。

7.如权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括供电电路，所述控制模块连接于所述供电电路。

8.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述检测模块和所述谐振模块之间连接有降压电路，所述降压电路包括相互串联的第一电阻和第二电阻，所述谐振模块连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间。

9.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述控制模块和所述谐振模块之间设置有逆变驱动电路。

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