无线电能传输系统唤醒、休眠控制方法与流程

本发明属于无线能控传输控制技术领域，涉及一种无线电能传输系统的休眠控制方法及唤醒的控制方法，即一种无线电能传输系统唤醒休眠复合控制方法。

背景技术：

近年来，无线充电技术发展迅速，因其非接触、无电线连接、操作方便等特性，备受各厂商关注，各种各样的无线充电产品也相继问世。从整体上看，一个完整的无线充电系统包括两部分：无线电能发射端和无线电能接收端，而无线电能发射端和无线电能接收端通过磁场来传递能量，两者之间不用电线连接。当接收端设备移走时，发射端应该马上停止能量传输，进入休眠待机状态，等待下一次接收端设备的到来。

目前市场上的产品实现休眠唤醒功能的方法是：发射端间歇性的发一串脉冲信号，传输部分能量到接收端，接收端接收能量后通过载波调制的方法发出反馈信号，发射端接到反馈信号后被唤醒；系统工作过程中若收不到该反馈信号，发射端则进入休眠待机状态。由于待机时要间歇的发出脉冲信号，发射端的待机功耗比较大，长时间待机会造成能量浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抗干扰能力强、可降低无线电能发射端待机功耗，可科学有效的管理无线电能传输系统工作的无线电能传输系统唤醒控制方法和休眠控制方法。

本发明的技术方案为：无线电能传输系统唤醒控制方法，无线电能传输系统包括连接电网的无线电能发射端和可与无线电能发射端进行电能和通讯信号传输的无线电能接收端；所述无线电能发射端包括发射线圈、配置在发射线圈上的接近式传感器、与发射线圈相连的逆变电路、发射端MCU和可与发射端MCU通信的无线通信接收模块；所述接近式传感器的输出端接发射端MCU的I/O接口，所述发射端MCU的输出端经驱动电路与逆变电路相接；所述无线电能接收端包括接收线圈、配置在接收线圈上的可被接近式传感器感知的标志物、接收端MCU和无线通信发射模块；所述接收端MCU接收接收线圈的工作信号，所述无线通信发射模块可与接收端MCU和无线通信接收模块通信；

所述唤醒控制方法包括：

待机状态下，发射端MCU处于休眠状态；

无线电能接收端靠近无线电能发射端过程中，接近式传感器发出感知信号，传递到发射端MCU的I/O接口，该接口电平发生跳变；

发射端MCU检测到该接口电平跳变后，发射端MCU间歇式发送PWM驱动信号，无线电能发射端进入初步唤醒阶段。

优选的是：唤醒控制方法还包括：发射端MCU与接近式传感器相连的I/O口电平跳变后，判断无线电能发射端与无线电能接收端是否可通信，若可通信，则发射端MCU连续发送PWM驱动信号，控制逆变电路持续工作，无线电能发射端进入正式唤醒。

更进一步的：判断无线电能发射端与无线电能接收端是否可通信的方法为：

发射端MCU间隔时间t₁发送PWM驱动信号至逆变电路，逆变电路工作，发射线圈产生功率信号；

若无线电能发射端与无线电能接收端可通信，无线电能接收端开始工作，接收线圈接收到发射线圈产生的功率信号，为接收端MCU及无线通信发射模块供电，无线通信发射模块发送反馈信号到无线通信接收模块，并进一步传递到发射端MCU；

若无线电能发射端与无线电能接收端不可通信，无线电能接收端不工作，发射端MCU不会收到反馈信号。

更进一步的：设定无线电能发射端与无线电能接收端尝试通信次数的阈值为N，在发射端MCU发送N次PWM驱动信号后，若无线电能发射端与无线电能接收端仍不可通信，则调整发射端MCU发送PWM驱动信号的间隔时间到t₂，t₂＞t₁，这样可以防止非合法设备(比如金属异物等)进入，但又没有被及时清除的情况下，系统频繁试图建立通信造成的系统的待机功耗的增加。

无线电能传输系统休眠控制方法，所述无线电能传输系统包括无线电能发射端和无线电能接收端；所述无线电能发射端包括发射线圈、配置在发射线圈上的接近式传感器、与发射线圈相连的逆变电路、发射端MCU和可与发射端MCU通信的无线通信接收模块；所述接近式传感器的输出端接发射端MCU的I/O接口，所述发射端MCU的输出端与逆变电路相接；所述无线电能接收端包括接收线圈、配置在接收线圈上的可被接近式传感器感知的标志物、接收端MCU和无线通信发射模块；所述接收端MCU接收接收线圈的工作信号，所述无线通信发射模块可与接收端MCU和无线通信接收模块通信；

工作状态下，发射端MCU发送PWM驱动信号至逆变电路；

当发射端MCU检测到与接近式传感器相连的I/O接口电平跳变；

或：

无线电能发射端与无线电能接收端间通信中断；

或：

发射端MCU发送PWM驱动信号频率达到设定的频率阈值；

则：发射端MCU停止发送PWM驱动信号至逆变电路，无线电能发射端进入休眠状态。

优选的是：无线电能传输系统休眠控制方法，其特征在于：发射端MCU检测到与接近式传感器相连的I/O接口电平跳变，无线电能传输系统进入休眠状态。

更进一步的：指定计时周期T，设定无线电能发射端与无线电能接收端连续中断次数的阈值为M，无线电能发射端与无线电能接收端实际连续中断次数为Q，若T时段内，Q＞M则无线电能发射端进入休眠。

更进一步的：若无线通信发射模块停止向无线通信接收模块发送反馈信号，则判断无线电能发射端与无线电能接收端通信中断。

优选的是：设定发射端MCU输出PWM驱动信号频率的阈值为F，发射端MCU输出PWM驱动信号频率的实际值为f，若f＝F，则无线电能发射端进入休眠状态。

更进一步的：频率阈值F的设定标准分为两种情况：(1)当发射端MCU输出PWM驱动信号频率增大时，接收端整流滤波电路输出电压幅值减小，此时发射端MCU输出PWM驱动信号调频范围为f₁～f₂，无线电能传输系统正常工作的频率范围为f₃～f₂，则f₁＜F＜f₃；(2)当发射端MCU输出PWM驱动信号频率增大时，接收端整流滤波电路输出电压幅值也增大，此时发射端MCU输出PWM驱动信号调频范围为f₁～f₂，无线电能传输系统正常工作的频率范围为f₁～f₃，则f₃＜F＜f₂。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提出一种无线电能传输系统休眠唤醒的复合控制方法，系统应用顺序控制唤醒无线电能发射端，待机时只有发射端MCU在工作，系统处于休眠状态，减小了待机损耗。

(2)无线电能传输系统唤醒和休眠的判断不再依靠发射端发射脉冲信号至接收端，判断接收端是否有反馈信号；而是采用接近式传感器的传感信号作为主要判断依据，可进一步降低系统功耗。

(3)除接近式传感器的传感信号外，考虑到系统结构或外界干扰的影响，无线电能传输系统进入休眠时还进一步应用多个判据进行复合判断，提高了可靠性，使系统可以更加稳定的工作。

附图说明

图1为无线电能传输系统结构示意图。

图2为无线电能传输系统唤醒控制流程图。

图3为无线电能传输系统休眠控制流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行清楚完整地描述。显然，具体实施方式所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先，描述本实施例涉及的无线电能传输系统的结构。

如图1所示，无线电能传输系统包括连接电网的无线电能发射端和可与无线电能发射端实现电能和通讯信号传输的无线电能接收端。

无线电能发射端包括顺次串联的发射端整流滤波电路、逆变电路和发射线圈，还包括发射端MCU、可与发射端MCU通信的无线通信接收模块以及配置在发射线圈上的接近式传感器。所述接近式传感器的输出端接发射端MCU的I/O接口，所述发射端MCU的输出端与逆变电路相接。

作为附加的外围电路无线电能传输系统还包括线性稳压器，其输入端和输出端分别与发射端整流滤波电路及发射端MCU相连，保证发射端MCU的稳定工作。

其中，接近式传感器可采用霍尔磁场传感器、GMR巨磁传感器、红外传感器等能够感标志物接近或远离的传感器。工作过程中，接近式传感器传感信号的变化将引起发射端MCU的I/O接口电平发生跳变；发射端MCU可发射PWM驱动信号到逆变电路，控制逆变电路是否工作；若逆变电路开始工作，无线电能发射端接通，则无线电能传输系统进入工作状态；若逆变电路停止工作，则无线电能传输系统进入休眠或待机状态。

无线电能接收端包括顺次串联连接的接收线圈、接收端整理滤波电路、DC/DC变换电路，DC/DC变换电路的输出端接负载。还接收端MCU、无线通信发射模块和包括配置在接收线圈上的可被接近式传感器感知的标志物。所述接收端MCU接收接收线圈的工作信号，所述无线通信发射模块可与接收端MCU和无线通信接收模块通信。

作为附加的外围电路，无线电能接收端还包括辅助供电模块和整流单元，其中辅助供电模块的输入端和输出端分别接接收端整流滤波电路的输出端和接收端MCU，为接收端MCU供电；其中接收端整流滤波电路与接入接收端MCU，可发送整流信号至接收端MCU，该信号将作为接受线圈工作状态信号。

其中，标志物采用永磁体、铁磁性金属或视觉标记等。工作过程中，当接收线圈靠近或远离发射线圈时，接近式传感器将感知标志物，反馈信号至发射端MCU，此时发射端MCU的I/O口发生电平跳变。

而当发射端MCU发送PWM驱动信号至逆变电路，无线电能发射端的逆变电路开始工作，发射线圈和接收线圈之间进行无线电能传输，此时接收端线圈接收能量，经整流后输出稳定电压给接收端MCU供电，接收端MCU生成无线电能接收端工作的反馈信号，经无线通信发射模块传递到无线通信接收模块。

在无线电能传输系统工作时，如果遇到无线电能发送端开机、无线电能接收端移走、或意外致无线电能发射端和无线电能接收端的通信中断等多种情况，为保证无线电能传输系统稳定的工作，将会需要无线电能传输系统有一个稳定的被唤醒或休眠的过程。

如图2所示，无线电能传输系统唤醒控制方法包括：

无线电能发射端上电后，处于待机状态；

待机状态下，无线电能发射端和无线电能接收端不进行能量传输，发射端MCU处于休眠状态；此时，逆变电路、无线通信接收模块等都不工作，等待外部中断被唤醒；

无线电能接收端靠近无线电能发射端过程中，接近式传感器发出感知信号，传递到发射端MCU的I/O接口，该接口电平发生跳变；具体的说，当I/O接口电平发生变化时，则说明接近式传感器感应到有物体接近；

发射端MCU检测到该接口电平跳变后，发射端MCU间歇式发送PWM驱动信号，经驱动电路放大后，驱动逆变电路开始工作；无线电能发射端被初步唤醒。

但实际工作过程中，很多物体靠近接近式传感器都会造成I/O接口电平的跳变，即虽然有物体靠近，但并不能确定该物体就是无线电能接收端。为了防止无线电能发射端被误唤醒，进一步设计一个无线通信识别的过程。

具体的说，无线通信识别的过程是判断无线电能接收端和无线电能发射端之间是否已接通功率信号的传输。

因此，唤醒控制方法进一步还包括：发射端MCU与接近式传感器相连的I/O口电平跳变后，判断无线电能发射端与无线电能接收端是否可通信，若可通信，则发射端MCU连续发送PWM驱动信号，经驱动电路放大后，驱动逆变电路持续工作，唤醒无线电能发射端。

二者之间通信的具体判断方法为：

发射端MCU间隔时间t₁发送PWM驱动信号至逆变电路，发射线圈产生功率信号；

若无线电能发射端与无线电能接收端可通信，无线电能接收端开始工作，接收线圈接收到发射线圈产生的功率信号，为接收端MCU及无线通信发射模块供电，无线通信发射模块发送反馈信号到无线通信接收模块，进一步传递到发射端MCU；发射端MCU接收到该反馈信号后，判断无线电能接收端已开始工作，也就是说，无线电能发射端和无线电能接收端之间的通信已经建立，因此，此时发射端MCU将持续输出PWM控制信号，进行能量传输。

若无线电能发射端与无线电能接收端不可通信，无线电能接收端不工作，发射端MCU不会收到反馈信号。

也就是说，如果接近式传感器的感知信号是由异物的接近所致，则虽然逆变电路段时间被唤醒，但无线电能发射端和无线电能接收端之间不能建立通信。由于发射端MCU的PWM驱动信号是周期性传递的，为了尽可能减少由于异物所致造成的假唤醒，进一步设计一种针对无线电能发射端的节能方案。

设定无线电能发射端与无线电能接收端尝试通信次数的阈值为N，在发射端MCU发送N次PWM驱动信号后，若无线电能发射端与无线电能接收端仍不可通信，则调整发射端MCU发送PWM驱动信号的间隔时间到t₂，t₂＞t₁。

通过以上方法，在无线电能发射端与无线电能接收端没有建立通信连接的前提下，将PWM驱动信号的发射周期调大，减少系统的待机功耗。

本发明还进一步提供一种无线电能传输系统休眠的控制方法。

如图3所示，无线电能传输系统休眠的触发机制有三种，分别为发射端MCU检测到其与接近式传感器相接的I/O口电平变化(即接近式传感器的输出电平变化)、无线电能发射端和无线电能接收端的通信中断或无线电能发射端MCU发送PWM驱动信号的工作频率减小。

具体的说，无线电能传输系统休眠的控制方法包括：

工作状态下，发射端MCU发送PWM驱动信号至逆变电路；

当发射端MCU检测到与接近式传感器相连的I/O接口电平跳变；

或：

无线电能发射端与无线电能接收端间通信中断；

或：

发射端MCU发送PWM驱动信号频率达到设定的频率阈值；

则：发射端MCU停止发送PWM驱动信号至逆变电路，无线电能发射端进入休眠状态。

以下将对三种情况做进一步详细的限定和论述。

(1)当发射端MCU检测到与接近式传感器相连的I/O接口电平跳变后，发射端MCU停止发送PWM驱动信号至逆变电路，无线电能传输系统进入休眠状态。

(2)指定计时周期T，设定无线电能发射端与无线电能接收端间通信连续中断次数的阈值为M，无线电能发射端与无线电能接收端间通信实际连续中断次数为Q，若T时段内，Q＞M则无线电能发射端进入休眠；若Q＜M则重启无线通信发射模块或无线通信接收模块。

具体的说，其原理为，发射端MCU根据是否收到无线通信发送模块发送至无线通信接收模块的反馈信号，判断无线电能发射模块和无线电能接收模块之间的通信是否中断，若通信中断，还需要进一步判断连续中断的次数。如果连续中断次数小于M，则认为是噪声干扰导致无线通信信号的中断，此时为防止系统开环出现故障或损坏器件，需要重新启动无线通信发射模块或无线通信接收模块，及时恢复无线通信功能；如果联系通信中断次数大于M，则认为无线电能接收端设备已经被移走，无线电能发射端立即休眠，进入待机状态，停止能量传输。

(3)设定发射端MCU输出PWM驱动信号频率的阈值为F，发射端MCU输出PWM驱动信号频率的实际值为f，若f＝F，则无线电能发射端进入休眠状态。

由于无线电能传输系统是通过线圈耦合进行能量传输的，在放置设备或系统工作过程中，接收线圈与发射线圈的相对位置可能会发生偏移，当偏移量过大时系统的工作效率会大大降低，能量损耗严重，此时应该中止能量传输。但实际上接近式传感器的输出电平并没有跳变，无线电能发射端与无线电能接收端间通信也没有中断，无线电能发射端还在持续不断地向无线电能接收端传输能量。为了防止这一现象发生，基于无线电能传输系统通过调节发射端MCU输出PWM信号的频率f来改变接收端整流滤波电路输出增益的工作原理，进一步设定一个频率阈值F作为系统休眠的又一触发条件，该频率阈值F的设定标准为：系统正常工作时，PWM信号的频率f不会达到阈值F，只有在无线电能接收端与发射端的相对位置偏移量过大或者无线电能接收端被移走的过程中，发射端MCU才会把PWM的频率调到阈值F。如果发射端MCU输出PWM驱动信号频率增大时，接收端整流滤波电路输出电压幅值减小，此时发射端MCU输出PWM的调频范围为f₁～f₂，系统正常工作频率范围为f₃～f₂，那么F应满足：f₁＜F＜f₃；反之，当发射端MCU输出PWM驱动信号频率增大时，接收端整流滤波电路输出电压幅值也增大，此时发射端MCU输出PWM驱动信号调频范围为f₁～f₂，无线电能传输系统正常工作的频率范围为f₁～f₃，则f₃＜F＜f₂。一旦PWM驱动信号的频率f＝F,则说明无线接收端已被移走或者偏移量过大，无线发射端应立即转入休眠待机状态。

综上所述，使用复合控制方法控制系统唤醒和休眠，在增强了系统控制的可靠性的同时，也可以降低无线发射端休眠期间的待机功耗，提高系统的抗干扰能力，而且即使传感器或无线通信模块发生故障，系统的休眠功能也不会受到影响，大大提高了系统的可靠性。