专利名称：无线供电系统及其自适应调整方法
技术领域：
本发明涉及一种无线供电技术，且特别是涉及一种无线供电系统的自适应调整方法以及相应的无线供电系统。
背景技术：
无线技术长期以来仍停留在信息应用领域，如信号的无线传输，而其电力传输特性并未获得应有的发展。所以人们日常使用的电子装置都必须配置专用的电源适配器以电连接至交流市电或者配置电池以提供电能至电子装置。但是，现有的电源适配器需要利用电源线与电子装置相互电连接，而由于电源线的限制，使得电子装置在移动时极为不便。随着科技的发展，无线供电技术已经开发出来，其利用无线方式来传输电能至电子装置。请参阅图1，其绘示为一种现有的无线供电系统的示意图。如图1所示，现有的无线供电系统 100包括电力发射单元110以及电力接收单元120，其中电力发射单元110 —般包括供电电源111、控制电路112、振荡电路113以及发射线圈114 ；而电力接收单元120 —般包括接收线圈121以及整流滤波电路122。其中，电力发射单元中110的供电电源111用于将交流市电转换成电力发射单元110中的各电路(例如控制电路112及振荡电路113)所需要的直流电压，振荡电路113用于产生一频率信号，控制电路112电连接振荡电路113以控制振荡电路113所产生频率信号的主振频率f0，而发射线圈114依据频率信号的主振频率f0而产生一谐振频率fl从而输出电力。电力接收单元120中的接收线圈121与发射线圈114电磁耦合以接收电力发射单元110所输出的电力而产生具有一定谐振频率f2的交流电压，而整流滤波电路122用以将此交流电压转换为直流电压。但是，为了使无线供电系统100能够稳定地进行正常工作，控制振荡电路113所产生频率信号的主振频率fo，发射线圈114的谐振频率fl及接收线圈121的谐振频率f2三者在理想状态下应该是相等的，即f0 = fl = f2,以使发射线圈114与接收线圈121能够进行深度地电磁耦合，从而在电力接收单元120产生电能，完成无线供电。但实际上，由于受到物理特性、使用环境及电器元件质量等因素的影响，发射线圈114与接收线圈121的谐振频率fl与f2fl、f2会发生漂移，使得发射线圈114与接收线圈121的谐振频率fl与f2 差异比较大、相互不匹配，无法进行深度地电磁耦合，因此无线供电系统100的输出功率不稳定，也就无法进行正常工作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无线供电系统的自适应调整方法，其能够自动地调整主振频率，使主振频率始终与电力发射单元和电力接收单元线圈的谐振频率接近，使系统维持稳定的功率输出，达到系统的相对稳定。本发明的目的还在于，提供一种具有自适应调整功能的无线供电系统，其能够自动地调整主振频率，使主振频率始终与电力发射单元和电力接收单元线圈的谐振频率接近，使系统维持稳定的功率输出，达到系统的相对稳定。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。—种无线供电系统的自适应调整方法，该无线供电系统包括电力发射单元，该电力发射单元包括供电电源、振荡电路、控制电路及发射线圈，该振荡电路产生具有一主振频率的频率信号，该发射线圈与一电力接收单元的接收线圈进行感应产生电能，该自适应调整方法包括检测该电力发射单元的工况，并根据检测到的工况判断该电力发射单元是否符合该无线供电系统正常工作的条件；及依据上述判断结果决定是否调整该振荡电路的主振频率以使振荡电路的主振频率位于该发射线圈和该接收线圈的谐振频率之间。优选地，上述检测该电力发射单元的工况，并根据检测到的工况判断该电力发射单元是否符合该无线供电系统正常工作的条件的步骤包括步骤A 检测该发射线圈中的当前电流大小；步骤B 判断该发射线圈中的该当前电流是否处于该无线供电系统正常工作时该发射线圈的正常工作电流范围内。优选地，依据上述判断结果决定是否调整该振荡电路的主振频率以使该振荡电路的主振频率位于该发射线圈和该接收线圈的谐振频率之间的步骤包括步骤C 依据上述步骤B的判断结果而决定是否调整一振荡电路的主振频率以使该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内。优选地，该发射线圈的正常工作电流范围介于一允许最小电流值与一允许最大电流值之间。优选地，步骤B包括步骤Bl 判断该发射线圈中的该当前电流是否大于其正常工作电流范围中的该允许最小电流值并小于该允许最大电流值；及步骤B2 当上述判断结果为是时，则确定该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内；反之，则确定该发射线圈中的该当前电流非处于其正常工作电流范围内。优选地，在步骤C中，若需要调整该振荡电路的该主振频率以使该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内，该步骤进一步包括步骤Cl 使该振荡电路的该主振频率增大一个固定频率变量；步骤C2 检测此时该发射线圈中的电流，并将此电流作为正调整电流；步骤C3 判断该正调整电流是否大于调整主振频率前的该发射线圈中的该当前电流；及步骤C4 当上述判断结果为是时，以该正调整电流作为该发射线圈中的该当前电流，返回步骤B;反之，则使该振荡电路中此时的该主振频率减小两个该固定频率变量，检测此时该发射线圈中的电流，并将此电流作为负调整电流，并以该负调整电流作为该发射线圈中的该当前电流，返回步骤B。优选地，在执行步骤B之前进一步包括步骤Dl 判断该发射线圈中的该当前电流是否超过该发射线圈的正常工作电流范围的该允许最大电流值；及步骤D2 当上述判断结果为是时，则发出警告或者自动关闭该无线供电系统；反之，则执行步骤B。本发明还提供一种无线供电系统的自适应调整方法，该无线供电系统包括电力发射单元和电力接收单元，该电力发射单元包括振荡电路及发射线圈，该振荡电路产生具有一主振频率的频率信号，该电力接收单元包括一接收线圈，该发射线圈和接收线圈感应产生一电能，该自适应调整方法包括步骤E 检测电力发射单元的工况变化值；及步骤F 根据电力发射单元的工况的变化值控制主振频率的调整，使主振频率始终与变化后的电力发射单元和接收单元线圈的谐振频率接近，使系统维持稳定的功率输出。本发明另提供一种具有自适应调整功能的无线供电系统包含电力发射单元及电力接收单元。该电力发射单元包括供电电源、振荡电路、控制电路及发射线圈。其中该供电电源用于将交流市电转换成各电流所需要的直流电压；该振荡电路用于产生具有一主振频率的频率信号；该控制电路电连接至该振荡电路以调整该振荡电路的该主振频率；而该发射线圈依据该振荡电路的该主振频率而产生一振荡频率以发射电能。该电力接收单元用以接收该电力发射单元所发射的电能。其中，该控制电路包括电流检测电路、判断电路及处理器。该电流检测电路用以检测该发射线圈中的当前电流；该判断电路用以判断该发射线圈中的该当前电流是否处于该无线供电系统正常工作时该发射线圈的正常工作电流范围内；而该处理器电连接该判断电路及该振荡电路以依据上述判断结果而决定是否调整该振荡电路的该主振频率以使该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内。本发明的无线供电系统的自适应调整方法及具有自适应调整功能的无线供电系统，可以自动调整主振频率，使主振频率始终与发射线圈与接收线圈的谐振频率接近，使系统维持稳定的功率输出，保证了无线供电系统能够一直稳定地进行正常的工作。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是一种现有的无线供电系统的示意图。
图2是本发明一实施例所揭示的具有自适应调整功能的无线供电系统的示意图, 图3是本发明一实施例所揭示的无线供电系统的自适应调整方法的示意图。
100,200 无线供电系统 120、220 电力接收单元 112,212 控制电路 114,214 发射线圈 122、222 整流滤波电路 2122 判断电路 f0 振荡电路的主振频率 f2 接收线圈的谐振频率 Imin 允许最小电流值
110,210 电力发射单元 111、211 供电电源 113,213 振荡电路 121,221 接收线圈 2121 电流检测电路 2123 处理器 fl 发射线圈的谐振频率 fe 最佳谐振频率 Imax 允许最大电流值
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有自适应调整功能的无线供电系统及其自适应调整方法其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。请参阅图2，其绘示为本发明一实施例所揭示的具有自适应调整功能的无线供电系统的示意图。如图2所示，无线供电系统200与图1所示的无线供电系统100相似，其也包括电力发射单元210以及电力接收单元220，其中电力发射单元210包括供电电源211、 控制电路212、振荡电路213以及发射线圈214 ；而电力接收单元220包括接收线圈221以及整流滤波电路222。上述这些电子元件与图1所示的电子元件相似，在此不再赘述。
此外，控制电路212进一步包括电流检测电路2121、判断电路2122以及处理器 2123。其中，电流检测电路2121电连接至该发射线圈214以检测发射线圈214中的当前电流；判断电路2122电连接至该电流检测电路2121以判断发射线圈214中的当前电流是否处于无线供电系统200正常工作时发射线圈214的正常工作电流范围内；而处理器2123电连接判断电路2122及振荡电路213以依据上述判断结果而决定是否调整振荡电路213的主振频率f0以使该主振频率f0位于发射线圈214的谐振频率fl与接收线圈221的谐振频率f2之间，使系统的输出功率保持稳定。本发明的具有自适应调整功能的无线供电系统100是利用流入发射线圈214的电流来判断其谐振频率Π是否匹配接收线圈221的谐振频率f2，如果不匹配，则利用调整振荡电路213的主振频率f0来使该主振频率f0位于发射线圈214的谐振频率fl和接收线圈221的谐振频率f2之间，，进而调整发射线圈214的输出功率，同时也使主振频率f0与发射线圈214及接收线圈221的谐振频率fl和f2均保持相近，以使无线供电系统100维持稳定的功率输出，能够进行稳定、正常的工作。此外，为了使两个线圈能够进行深度的电磁耦合，需要定义一允许最小电流值 Imin和允许最大电流值Imax。当线圈上的电流I大于允许最小电流值Liiin且小于允许最大电流值Imax时，两个线圈的谐振频率是相互接近的，无线供电系统200可以进行正常的工作，可以稳定地进行电力传输。换句话说，线圈的正常工作电流范围是处于允许最小电流值Liiin与允许最大电流值Imax之间，线圈能够稳定地进行电力传输的谐振频率是处于允许最小电流值^in所对应的两个临界谐振频率之间。本发明还提供一种无线供电系统的自适应调整方法，该方法是依据流入发射线圈的电流大小，来判断是否需要向振荡电路213补偿频率变量。通过调整振荡电路213的主振频率，以维持流入发射线圈214的电流在一个适当的范围，以满足工作需要。也即，检测并判断电力发射单元210工况(电流、电功率等)，控制主振频率的调整，使主振频率始终与变化后的电力发射单元210和电力接收单元220的线圈的谐振频率接近，使系统维持稳定的功率输出。详而言之，请参阅图3，其绘示为本发明一实施例所揭示的无线供电系统的自适应调整方法的示意图。如图3所示，此方法包括利用电流检测电路2121检测发射线圈214中的当前电流II。然后，判断电路2122判断发射线圈214中的当前电流Il是否超过发射线圈正常工作电流范围中的允许最大电流值Imax。由于线圈在进行电磁耦合时其电流不应该超过允许最大电流值，因此一旦上述判断结果为是时，则代表无线供电系统200处于一种危险的状态中，此时应当发出警报或者自动关闭无线供电系统200。当上述判断结果为否时，判断电路2122继续判断发射线圈214中的当前电流Il是否是处于其正常工作电流范围内。具体地，判断电路2122判断发射线圈214中的当前电流Il是否是大于其正常工作电流范围中的允许最小电流值kin ；当大于允许最小电流值Liiin时，即代表发射线圈 214中的当前电流Il处于其正常工作范围内，无线供电系统200可稳定地进行工作。反之， 当判断发射线圈214中的当前电流Il小于允许最小电流值Lnin时，则代表当前电流Il处于非正常工作电流范围内，此时，处理器2123输出一控制信号以调整振荡电路213的主振频率f0，进而调整发射线圈214的当前电流Il处于其正常工作电流范围内。
首先，使振荡电路213的主振频率f0增大一个固定频率变量Af。然后，利用电流检测电路2121检测此时发射线圈214中的电流(正调整电流)12。再，利用判断电路2122 判断此时的正调整电流12是否大于发射发射线圈214中的当前电流II。当正调整电流 12大于当前电流Il时，则代表上述对振荡电路213的主振频率f0的调整方向是正确的， 此时，可将该正调整电流12作为发射线圈214的当前电流II，再继续判断此时的当前电流 11(即正调整电流12)是否处于正常工作电流范围内，如果不在，再继续进行调整。反之，当正调整电流12小于当前电流Il时，则代表上述对振荡电路213的主振频率f0的调整方向是错误的，然后将振荡电路213此时的主振频率f0减小两个固定频率变量Δ f (即反向调整2 Δ f)，并检测此时发射线圈214中的电流(负调整电流)13，并将该负调整电流13作为发射线圈214的当前电流II，然后再继续判断此时的当前电流Il (负调整电流13)是否处于正常工作电流范围内，如果不在，再继续进行调整。依次类推，本发明就可以逐渐地地将发射线圈214的当前电流Il调整至正常的电流范围，即允许最大电流值 Imax和允许最小电流值hin之间。综上所述，本发明的无线供电系统及其自适应调整方法，可以自动调整主振频率， 使主振频率始终位于发射线圈214的谐振频率fl与接收线圈222的谐振频率f2之间，使系统维持稳定的功率输出，保证了无线供电系统能够一直稳定地进行正常的工作。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种无线供电系统的自适应调整方法，该无线供电系统包括电力发射单元，该电力发射单元包括供电电源、振荡电路、控制电路及发射线圈，该振荡电路产生具有一主振频率的频率信号，该发射线圈与一电力接收单元的接收线圈进行感应产生电能，该自适应调整方法包括检测该电力发射单元的工况，并根据检测到的工况判断该电力发射单元是否符合该无线供电系统正常工作的条件；及依据上述判断结果决定是否调整该振荡电路的主振频率以使振荡电路的主振频率位于该发射线圈和该接收线圈的谐振频率之间。
2.根据权利要求1所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于检测该电力发射单元的工况，并根据检测到的工况判断该电力发射单元是否符合该无线供电系统正常工作的条件的步骤包括步骤A 检测该发射线圈中的当前电流大小；步骤B:判断该发射线圈中的该当前电流是否处于该无线供电系统正常工作时该发射线圈的正常工作电流范围内。
3.根据权利要求2所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于依据上述判断结果决定是否调整该振荡电路的主振频率以使该振荡电路的主振频率位于该发射线圈和该接收线圈的谐振频率之间的步骤包括步骤C 依据上述步骤B的判断结果而决定是否调整一振荡电路的主振频率以使该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内。
4.根据权利要求3所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于该发射线圈的正常工作电流范围介于一允许最小电流值与一允许最大电流值之间。
5.根据权利要求3所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于步骤B包括步骤Bl 判断该发射线圈中的该当前电流是否大于其正常工作电流范围中的该允许最小电流值并小于该允许最大电流值；步骤B2 当上述判断结果为是时，则确定该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内；反之，则确定该发射线圈中的该当前电流非处于其正常工作电流范围内。
6.根据权利要求5所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于步骤C中，若需要调整该振荡电路的该主振频率以使该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内，该步骤进一步包括步骤Cl 使该振荡电路的该主振频率增大一个固定频率变量；步骤C2 检测此时该发射线圈中的电流，并将此电流作为正调整电流；步骤C3 判断该正调整电流是否大于调整主振频率前的该发射线圈中的该当前电流；步骤C4 当上述判断结果为是时，以该正调整电流作为该发射线圈中的该当前电流， 返回步骤B;反之，则使该振荡电路中此时的该主振频率减小两个该固定频率变量，检测此时该发射线圈中的电流，并将此电流作为负调整电流，并以该负调整电流作为该发射线圈中的该当前电流，返回步骤B。
7.根据权利要求5所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于在执行步骤B 之前进一步包括步骤Dl 判断该发射线圈中的该当前电流是否超过该发射线圈的正常工作电流范围的该允许最大电流值；步骤D2 当上述判断结果为是时，则发出警告或者自动关闭该无线供电系统；反之，则执行步骤B。
8.一种无线供电系统的自适应调整方法，该无线供电系统包括电力发射单元和电力接收单元，该电力发射单元包括振荡电路及发射线圈，该振荡电路产生具有一主振频率的频率信号，该电力接收单元包括一接收线圈，该发射线圈和接收线圈感应产生一电能，该自适应调整方法包括步骤E 检测电力发射单元的工况变化值；及步骤F 根据电力发射单元的工况的变化值控制主振频率的调整，使主振频率始终与变化后的电力发射单元和接收单元线圈的谐振频率接近。
9.根据权利要求8所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于步骤E包括 检测该发射线圈中的当前电流大小。
10.根据权利要求9所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于该发射线圈的正常工作电流范围介于一允许最小电流值与一允许最大电流值之间。
11.根据权利要求10所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于步骤F包括步骤Fl 判断该发射线圈中的该当前电流是否大于其正常工作电流范围中的该允许最小电流值并小于该允许最大电流值；步骤F2 当上述判断结果为是时，则确定该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内，返回步骤E ；步骤F3:反之，当上述判断结果为否时，则确定该发射线圈中的该当前电流处于非正常工作电流范围内，调整该振荡电路的该主振频率以使该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内。
12.根据权利要求11所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于步骤F3包括步骤F31 使该振荡电路的该主振频率增大一个固定频率变量；步骤F32 检测此时该发射线圈中的电流，并将此电流作为正调整电流；步骤F33:判断该正调整电流是否大于调整主振频率前的该发射线圈中的该当前电流；步骤F34 当上述判断结果为是时，以该正调整电流作为该发射线圈中的该当前电流， 返回步骤E ；反之，当上述判断结果为否时，则使该振荡电路中此时的该主振频率减小两个该固定频率变量，检测此时该发射线圈中的电流，并将此电流作为负调整电流，并以该负调整电流作为该发射线圈中的该当前电流，返回步骤E。
13.根据权利要求10所述的无线供电系统的自适应调整方法，其特征在于在执行步骤F之前进一步包括步骤Gl 判断该发射线圈中的该当前电流是否超过该发射线圈的正常工作电流范围的该允许最大电流值；步骤G2 当上述判断结果为是时，则发出警告或者自动关闭该无线供电系统；反之，则执行步骤E。
14.一种具有自适应调整功能的无线供电系统，其包含一电力发射单元；其包括供电电源、振荡电路、控制电路及发射线圈，该振荡电路产生具有一主振频率的频率信号，发射线圈与一电力接收单元的接收线圈感应产生电能；该控制电路检测该电力发射单元的工况，并根据检测到的工况判断该电力发射单元是否符合该无线供电系统正常工作的条件；控制电路依据上述判断结果决定是否调整该振荡电路的主振频率以使该电力发射单元的工况正常。
15.根据权利要求14所述的具有自适应调整功能的无线供电系统，其特征在于该供电电源，用于将交流市电转换成所需要的直流电压；该振荡电路与供电电源及控制电路电性连接，用于产生一主振频率；该控制电路电连接至该振荡电路以调整该振荡电路的该主振频率；该发射线圈，依据该振荡电路的该主振频率而产生一振荡频率以发射电能。
16.根据权利要求15所述的具有自适应调整功能的无线供电系统，其特征在于该控制电路包括一电流检测电路，用以检测该发射线圈中的当前电流；一判断电路，用以判断该发射线圈中的该当前电流是否处于该无线供电系统正常工作时该发射线圈的正常工作电流范围内；以及一处理器，电连接该判断电路及该振荡电路以依据上述判断结果而决定是否调整该振荡电路的该主振频率以使该发射线圈中的该当前电流处于其正常工作电流范围内。
全文摘要
本发明是关于一种无线供电系统的自适应调整方法，其包括检测电力发射单元的工况，并根据检测到的工况判断该电力发射单元是否符合该无线供电系统正常工作的条件；依据上述判断结果决定是否调整振荡电路的主振频率以使振荡电路的主振频率位于该发射线圈和该接收线圈的谐振频率之间。本发明还提供一种无线供电系统。本发明可通过自动调整振荡电路的主振频率，使主振频率始终与电力发射单元和接收单元线圈的谐振频率接近，使系统维持稳定的功率输出，以保证无线供电系统的正常工作。
文档编号H02J17/00GK102299569SQ201010208340
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者徐一龙, 李聃, 白冰, 陈莹 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔电子有限公司