一种无线充电设备状态感知系统的制作方法

本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电设备状态感知系统。

背景技术：

如今无线充电有四种方式有磁感应式、无线电波式、电场耦合式、磁共振式四种方式。磁感应式是基于发射线圈流过变化电流，变化的电流产生变化的磁场，这个磁场对靠近的线圈产生电流，从而产生感应电动势。无线电波式，是将环境电磁波转换为电流，通过电路传输电流。电场耦合式是基于通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生感应电场来传输电力。磁共振式是基于磁感应原理的基础上，将能量发送和能量接收装置调整到相同的频率或者特定的频率上实现共振，从而实现收发两端的能量彼此交换。

在2007年美国麻省理工学院(MIT)发表的论文“Magnetic MIMO：How To Charge Your Phone in Your Pocket”(磁MIMO：如何为你口袋里的手机充电)，文中描述了设备的识别方法是通过负载阻抗电流值变化来感知设备信息。由于发射机和接收机之间的耦合，接收端的电路负载阻抗的变化可以转化为在发射端的相应的阻抗变化，采用脉冲宽度编码方法。根据发射线圈是否存在的脉冲序列作为衡量否有设备靠近与是否需要充电的判决标准。

MagMIMO的带内通信是基于TDMA超帧由三部分组成：请求，响应，和未激活。在请求帧建立网络，在响应帧实现数据交换，在未激活帧则无通信量。

目前无线充电对接收设备状态的感知主要是依靠反馈通信方式获得。对于多设备的感知、识别配置没有完善的技术和成熟的产品。并且对多设备的感知和信息检测，过程复杂，信息传输效率不高。

现有技术的缺点：当多个设备靠近发射线圈时，需要感知多个设备，并且在充电过程中需要信息的检测和控制。通过磁场域实现带内传输的过程中，需要一系列的调制，并且需要额外的网络的协调器负责启动和管理其他设备和节点，传输的过程比较复杂，并且信息传输效率不高。在传输过程中可能产生外来磁场域信息的干扰和信息的码间串扰，从而产生误码，浪费能量，频带有限，不在谐振频率上时耦合效率低，因此不能实现高效的信息反馈。

针对这些问题本专利提出了利用检测电路进行信息的监测和控制和系统通信综合的方法，实现多个设备的感知、识别匹配和接入，从而实现发射端和接收端能量的实时传输和控制。

技术实现要素：

本发明提供了一种无线充电设备状态感知系统，旨在解决现有的无法对多个无线充电设备的感知、识别匹配和接入，通过信息交互，实现充电状态的监测和控制的问题。

本发明是这样实现的，一种无线充电设备状态感知系统，包括发射端和接收端；其中所述发射端包括发射端充电电路和发射端检测控制电路；所述发射端充电电路包括顺次电性连接的电源模块、第一AC－DC模块、DC－DC模块、功放模块、第一谐振电路；所述发射端检测控制电路包括发射端检测电路、发射端控制电路和第一通信模块；

所述接收端包括接收端充电电路和接收端检测控制电路；所述接收端充电电路包括顺次电性连接的第二谐振电路、第二AC－DC模块、稳压电路和充电设备；所述接收端检测控制电路包括接收端检测电路、接收端控制电路和第二通信模块。

进一步的，所述发射端检测电路分别与第一谐振电路和DC－DC模块电性连接，用于对第一谐振电路和DC－DC模块的工作状态进行检测，并将检测结果反馈至发射端控制电路。

更进一步的，所述发射端控制电路接收来自发射端检测电路的检测结果和第一通信模块传输的数据包信息，并对DC－DC模块、功放模块和第一谐振电路进行相应的控制。

进一步的，所述接收端检测电路与第二AC－DC模块电性连接，用于检测第二AC－DC模块的输出电压值，并将检测结果反馈至接收端控制电路。

更进一步的，所述接收端控制电路接收反馈的检测结果，计算当前传输功率的实际大小，并与目标值进行比较，将得到的误差信息传输至第二通信模块。

更进一步的，所述第二通信模块与接收端控制电路连接，用以将接收端控制电路传输反馈的信号发送至发射端第一通信模块。

作为一种改进，所述发射端检测电路包括第一检测电路和第二检测电路，所述第一检测电路与DC－DC模块连接，用以检测DC－DC模块的输出电压，并将检测结果传送到控制电路；所述第二检测电路与第一谐振电路连接，用以检测发射线圈电流，并将检测结果传送到控制电路。

作为更进一步的改进，所述发射端控制电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路与第一检测模块连接，用以根据第一检测模块反馈的检测结果对DC－DC模块输出电压进行调整；所述第二控制电路分别与第二检测电路连接和第一通信模块连接，用以根据第二检测电路反馈的检测结果判断系统是否正常工作，计算当前第一谐振电路发射线圈电流的电阻值，并进行功率分配；还用于处理第一通信模块接收的数据包信息，并根据数据包携带的信息对DC－DC模块、功放模块和第一谐振电路做出相应的控制。

作为一种改进，所述发射端还包括锁相环，所述锁相环与第二控制电路电性连接，用以进行频率的跟踪，然后将误差值传送至第二控制电路，所述第二控制电路管理发射端的电容阵列和串联电阻从而匹配谐振频率。

进一步的，所述发射端还包括温度检测电路，所述温度检测电路与第二控制电路连接，用以将检测的温度值反馈给第二控制电路，所述第二控制电路根据温度值进行相应控制。

本发明一种无线充电设备状态感知系统，利用充电设备附属的通信系统和电路检测系统，实现对多个无线充电设备的感知、识别匹配和接入，以及对多个设备的充电状态和过程实时监控，支持多个设备的充电；通过检测电路检测信息的反馈，实现发射端和接收端功率的实时能量和信息的传输与控制；通过信息的整合，为系统的控制提供信息依据，进而提高充电的效率。

附图说明

图1是本发明一种无线充电设备状态感知系统的整体结构示意框图；

图2是本发明一种无线充电设备状态感知系统的发射端结构示意框图；

图3是本发明一种无线充电设备状态感知系统的工作流程示意框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1－2所示，本发明一种无线充电设备状态感知系统，即该磁共振无线充电技术由电能发射端和电能接收端组成；其中所述发射端包括发射端充电电路和发射端检测控制电路；所述发射端充电电路包括顺次电性连接的电源模块、第一AC－DC模块(整流滤波电路)、DC－DC模块(降压电路)、功放模块、第一谐振电路；所述发射端检测控制电路包括发射端检测电路、发射端控制电路和第一通信模块；本发明的功放模块可以使用AB类功放、全桥逆变电路和E类功放代替，这些模块都能实现功率的放大，只是每种功放效率不同，需根据实际情况进行合适的选择即可。

所述发射端检测电路分别与第一谐振电路和DC－DC模块电性连接，用于对第一谐振电路和DC－DC模块的工作状态进行检测，并将检测结果反馈至发射端控制电路；

所述发射端控制电路接收来自发射端检测电路的检测结果和第一通信模块传输的数据包信息，并对DC－DC模块、功放模块和第一谐振电路进行相应的控制；

所述接收端包括接收端充电电路和接收端检测控制电路；所述接收端充电电路包括顺次电性连接的第二谐振电路、第二AC－DC模块、稳压电路和充电设备；所述接收端检测控制电路包括接收端检测电路、接收端控制电路和第二通信模块；其中第二AC－DC模块使得接收线圈接收到的交流电经过整流滤波转化为稳定的直流电，稳压电路把直流电稳压到额定电压，稳压后的电压提供给充电设备，为设备充电。

所述接收端检测电路与第二AC－DC模块电性连接，用于检测第二AC－DC模块的输出电压值，并将检测结果反馈至接收端控制电路；

所述接收端控制电路接收反馈的检测结果，计算当前传输功率的实际大小，并与目标值进行比较，将得到的误差信息传输至第二通信模块；接收端控制电路监视用电设备电池的充电状态，如充电完成、充电异常等，并根据这些状态做出相应的控制。同时将这些信息通过通信模块发送给发射端，以控制充电过程的开始或终止。接收端控制电路控制接收端的指示灯的工作状态。如设备在充电过程中则指示灯亮，充电完成则指示灯灭，充电过程中接收端电路出现异常则指示灯不停闪烁。

所述第二通信模块与接收端控制电路连接，用以将接收端控制电路反馈的信息发送至发射端第一通信模块。本发明采用带外通信方式进行信息的反馈。采用的通信的模块是蓝牙，但也可以采用带内通信的方式，只要能够实现多设备的感知、识别匹配、接入以及发射端和接收端信息的传输和反馈即可。

作为一种优选实施例，所述发射端检测电路包括第一检测电路和第二检测电路，所述第一检测电路与DC－DC模块连接，用以检测DC－DC模块的输出电压，并将检测结果传送到控制电路；所述第二检测电路与第一谐振电路连接，用以检测发射线圈电流，并将检测结果传送到控制电路。

作为较佳方式，所述发射端控制电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路与第一检测模块连接，用以根据第一检测模块反馈的检测结果对DC－DC模块输出电压进行调整；所述第二控制电路分别与第二检测电路连接和第一通信模块连接，用以根据第二检测电路反馈的检测结果判断系统是否正常工作，计算当前第一谐振电路发射线圈电流的电阻值，并进行功率分配；第二检测电路用来检测发射线圈电流，了解发端工作状态，防止电流超过正常范围。第二控制电路还用于处理第一通信模块接收的数据包信息，并根据数据包携带的信息对DC－DC模块、功放模块和第一谐振电路做出相应的控制。本发明发射端和接收端的控制器的选择可以使用不同的控制器进行相应的控制，只要实现相同的控制功能即可。

由于电量、距离、位置、角度的变化，使得负载变化，导致振频率变化，为了使谐振频率不变，所述发射端还包括锁相环，使用锁相环电路进行频率的跟踪，所述锁相环与第二控制电路电性连接，然后把误差值传给第二控制电路，所述第二控制电路管理发射端的电容阵列和串联电阻从而匹配谐振频率，以使提高传输效率。

所述第二控制电路还包括控制发射端的指示灯、蜂鸣器等。比如感知有设备过来，控制指示灯打开；充电完成控制指示灯熄灭；充电过程中出现异常控制指示灯不停闪烁；此时蜂鸣器也会发生报警。

更进一步的，所述发射端还包括温度检测电路，所述温度检测电路与第二控制电路连接，用以将检测的温度值反馈给第二控制电路，所述第二控制电路根据温度值进行相应控制。

如图3所示，磁共振无线充电系统对多设备的感知和识别配置，并且利用通信模块把接收端检测和控制信息发送给发射端，发射端通信模块接收数据包，解调后传送数字信息给相应控制器，实现系统的实时控制。为了更清楚的说明本发明，现提供应用于一种无线充电设备状态感知系统上的方法，包括如下步骤：

等待阶段，发射端每隔一段预设时间发送一个感知能量，并检测流过发射端线圈的电流值；如果有设备靠近则进入下一阶段，如没有设备靠近则继续停留等待阶段；具体的，如果没有设备靠近，此时发射线圈上的电流最大；如果有设备过来，则会引起发射端谐振电路阻抗的变化，从而引起发射端电流的变化。通过串联电阻测量电阻两端的电压，从而体现电流的变化，通过幅相芯片测出的电压值发送给发射端的控制器，控制器根据相应的检测信息作出相应的控制。

感知阶段，当检测到有设备靠近时，发射端收到接收端发送的唯一地址，发射端判断根据唯一地址判断有多少设备进入无线充电范围；当有多个设备进来，每个设备分别都发送自己的唯一的地址，接收端接收这些地址后，系统就会判断需要充电设备的数量。与此同时，接收端也会将自己检测的信号强度包和终止传输数据包发送给发射端，实现实时控制。信号强度包的大小代表设备拾取到的能量的强弱。终止传输包包含内部错误，过温，过压，过流，电池出错，重新配置约束条件，发射端无响应等等数据信息，如果发射端接收到接收端的响应信号，则进入识别配置阶段，否则，则返回等待阶段；

识别配置阶段，接收端向发射端发送身份标识包和配置包，所述发射端根据身份标识包对设备进行识别，根据配置包进行功率配置；所述发射端根据身份标识包和配置包进一步建立电能传输约束条件集，所述发射端根据约束集中的条件进行功率的分配和传输；所述身份标识包包括标准协议、生产厂商代码、设备代码身份信息；所述配置包包括功率等级、最大功率、控制位、时长和间隔等数据信息；其中，所述功率等级代表接收端接收功率等级；最大功率代表接收端期望输出到负载的最大功率；控制位代表的是发射端控制方法的选择；时长表示接收端计算平均接受功率的时间窗口的大小，所述间隔代表接收端计算已接受功率和将信息发送给接收端的时间间隔。

功率传输阶段，发射端根据接收到的请求进行功率传输，当有多个设备和发射端成功匹配后。发射端根据接收到的请求进行功率传输，当有多个设备和发射端成功匹配后，发射线圈会进行功率分配。但在实际情况下会依据设备的位置、接收端负载阻抗和发射端和接收端互感系数的变化，调整线圈的开闭或者波束成型的方向，使得传输效率达到最优。在整个传输过程中，发射端根据从接收端接收数据包，然后发射端解调相应的数据包，解调的信息发送给发射端的控制器，控制器根据接收的信息调整发射功率的大小。与此同时，发射端和接收端电路中电压、电流、温度检测电路实时检测电能传输过程中各变量是否超出正常范围，一旦检测超出正常范围，或者检测到一个非正常的变量系统则立即停止供电并返回等待阶段。

本发明一种无线充电设备状态感知系统，利用充电设备附属的通信系统和电路检测系统，实现对多个无线充电设备的感知、识别匹配和接入，以及对多个设备的充电状态和过程实时监控，支持多个设备的充电；通过检测电路检测信息的反馈，实现发射端和接收端功率的实时能量和信息的传输与控制；通过信息的整合，为系统的控制提供信息依据，进而提高充电的效率。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。