功率系统接收端电源管理装置及供能系统的制作方法

本发明涉及无线供能领域，尤其涉及无线供能的接收端电源管理装置及无线供能系统。

背景技术：

无线供电技术一直是人们关心的课题，早在上世纪初，nicolatesla就进行过远距离无线输电的实验研究，特别是近年来，便携式电子产品大量涌现，以及传感器无线网络技术与mems器件的发展，推动了无线供电与无线网络技术的研发，并在理论研究和实用化技术方面取得了初步的成果。无线供电具有很多的解决方案，如电磁感应，rf信号传输，磁耦合，光传输等等，每种方案都有限制瓶颈。近年来麻省理工学院(mit)利用磁共振技术，在无线供电上取得了重大的突破，实现了向距离约2m远的60w电灯泡输送电力，并将其点亮的实验。这种磁耦合技术一时引发了无线供电研究开发的热潮。

无线供电具有广阔的市场前景。在遥感控制领域，汽车电子领域，消费电子领域和生物医疗领域均有着广阔的市场前景。特别是生物医疗领域，对于生物医学上的植入芯片或器件，由于其特殊性，如果用传统的化学电池供电，它的寿命是有限的，当电池能量不足以使得植入的芯片或者其他的器件与系统（如药物传输系统等）正常工作时，就必须通过手术的方式解决，增加了病人的痛苦。如果通过无线供电系统为体内植入的芯片或器件供电，由于其控制系统在体外，和体内系统无线连接，这将克服这个问题。此外，无线供电在生物医学上，如人体药物传输系统，能够更好的定向传输药物，提高疗效。所有的这些有点，都使得无线供电在生物医学以及其他领域有广阔的运用前景。

在无线供电储能解决方案中，特别是在生物医疗领域，主要的储能方案是采用纽扣电池作为储能元件，该纽扣电池可能是锂电池、聚合物锂电池或其它电池。

采用纽扣电池作为储能元件，至少存在缺点：电池固有的特性使其不能提供峰值功率，无法满足有摄像和摄影需要的系统的要求，如医用的胶囊内窥镜等。

超级电容是近几年能批量生产的新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又能像电池一样具有较大电荷储存能力，单体的容量目前已经做到万法拉级。此外超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。

技术实现要素：

本发明提供用于无线供能的接收端电源管理装置及无线供能系统，以解决现有无线供能技术无法提供峰值功率的问题。

本发明实施例提供的接收端电源管理装置包括储能元件及峰值电流放电回路，所述储能元件包含超级电容；以及所述峰值电流放电回路连接至该超级电容，用于在接收超级电容传输来的能量后，输出峰值功率，因此解决了现有无线供能技术无法提供峰值功率的问题。

本发明实施例提供的无线供能系统包括储能元件及峰值电流放电回路，所述储能元件包含超级电容；以及所述峰值电流放电回路连接至该超级电容，用于在接收超级电容传输来的能量后，输出峰值功率，因此解决了现有无线供能技术无法提供峰值功率的问题。

附图说明

图1为本发明实施例无线供能系统的结构示意图；

图2为图1中发射端管理装置1的结构示意图；

图3为图2所示的无线能量传输装置2的一种结构示意图；

图4所示是图1中接收端电源管理装置3的一种结构；

图5所示为图4中的接收端电源管理模块31和接收端反馈控制模块32的一种具体结构；

图6所示是图5中的充电控制电路311和放电控制电路313的一种结构；

图7所示为图5中内部反馈控制电路322的一种结构；

图8所示为图5中的储能元件312的一种结构；

图9所示是本实施例无线供能系统的一种结构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来进一步说明本发明，附图中箭头所示方向为信号和能量的传递方向。

如图1所示，本实施例的无线供能系统包括发射端管理装置1、无线能量传输装置2、接收端电源管理装置3、负载4和信号显示装置5。能量通过发射端管理装置1转变成可以向外无线传输的能量，然后通过无线能量传输装置2向外无线发射。在能量的接收端，接收端电源管理装置3对接收的能量进行处理，处理动作一般包括整流、滤波、储能及充放电等操作，这些操作都是通过专门的电路来实现的。能量通过接收端电源管理装置3处理后，有控制地供给负载4。

其中负载4的工作情况可以监测控制，其工作状态被接收端电源管理装置3监测，接收端电源管理装置3通过负载4的情况调节自身的工作状态来适应负载4的工作。接收端电源管理装置3还可以将根据检测到的负载4的工作情况，生成反馈信号并通过无线方式发送给发射端管理装置1，以便在能量发射端进一步的进行控制能量的发射。另外接收端电源管理装置3也可以有监测自身接收的能量情况，并根据检测到的能量情况向发射端管理装置1反馈相应信号，由发射端管理装置1调整能量的发射，这样可以实现系统工作状态的自适应调节。接收端电源管理装置3反馈的信号可以通过发射端管理装置1发送给信号显示装置5，这样可以很直观的观察系统的工作状态。

图2所示的是图1中发射端管理装置1的一种结构示意图，发射端管理装置1包括发射信号控制模块11，反馈控制模块12和反馈信号接收模块13。能量通过发射信号控制模块11转化成可以无线发射的能量向外发射，反馈信号接收模块13接收到反馈来的信号后，反馈来的信号一方面可以通过反馈控制模块12来控制发射信号控制模块11的工作状态，另一方面可以发送给信号显示装置5由其显示出来。

图3为无线能量传输装置2的一种结构示意图。发射信号控制模块11将能量转化成可以无线发射的能量并传输给无线能量传输装置2，由无线能量传输装置2无线发射能量，在无线能量传输装置2的一端有一个接收模块来接收能够无线发射的能量并将其转化成可以处理的电能。无线能量的发射和接收一般通过两个线圈来实现，一个称为初级线圈（如大圈所示），用来接收发射信号控制模块11发来的能量，另一个称为次级线圈（如小圈所示），用于无线发射能量。无线能量的传输方式有很多，可以是电磁感应方式，可以是磁耦合方式，也可以是射频信号（rf）放射方式。

图4所示是图1中接收端电源管理装置3的一种结构，包括接收端电源管理模块31和接收端反馈控制模块32。接收端电源管理模块31接收无线能量传输装置2无线传输过来的能量并进行一系列处理后供给负载4，接收端反馈控制模块32可以接收负载4和接收端电源管理模块31的反馈控制信号，转化成无线信号向外发射给反馈信号接收模块13，此外还可以根据接收端电源管理模块31的反馈控制信号来控制其工作状态。

图5所示为图4中的接收端电源管理模块31和接收端反馈控制模块32的一种具体结构。接收端电源管理模块31包括充电控制电路311，储能元件312和放电控制电路313，其中储能元件312可以采用超级电容（edlc）单独储能，也可以采用超级电容和电池一起储能。

接收端反馈控制模块32包括反馈信号发射电路321，内部反馈控制电路322和负载信号采样电路323。接收的能量发送到充电控制电路311转化为可利用的能量，一方面由储能元件312储存起来，以供负载4后续所需，另一方面通过放电控制电路313直接供给负载4，所以可以有两种能量供给方式，实时供给和储存供给。负载信号采样电路323采集负载4的信号，传递给反馈信号发射电路321。内部反馈控制电路322检测储能元件312的状态，检测信号一方面发送给反馈信号发射电路321，另一方面发送给充电控制电路311。充电控制电路311通过接收的检测信号来调整工作方式，适应储能元件312的状态。反馈信号发射电路321将负载信号采样电路323和内部反馈控制电路322传递过来的信号发送到反馈信号接收模块13，来调整发射端的工作方式，达到反馈控制的作用。

图6所示是图5中的充电控制电路311和放电控制电路313的一种结构，充电控制电路311主要包括整流滤波电路3111、直流/直流变换器(dc/dc)3112、低压差稳压器(ldo)3113和恒流恒压充电模块3114。放电控制电路313主要包括直流/直流变换器(dc/dc)3131，低压差稳压器(ldo)3132和峰值电路放电通路3133。工作原理和上述图5中的相同，主要凸现其各个部分的具体实现。接收的无线传输的能量一般为交流信号，通过整流滤波电路3111转化成直流信号，直流/直流变换器(dc/dc)3112和低压差稳压器(ldo)3113主要是用来将经整流滤波3111整流得到的直流信号转化成负载4或储能元件312所需的电压或电流信号。因为无线供电得到的电信号电压一般较低，通过直流/直流变换器(dc/dc)3112可以转化成所需的电压。低压差稳压器（ldo）3113主要起稳定电压的作用，有一定的压降，这样可以稳定供给负载4的放电电压或给储能元件312的充电电压。直流/直流变换器（dc/dc）3112是可选的，这个根据系统的要求灵活处理。经过充电控制电路311处理过的电信号，一方面可以送至储能元件312进行储存，实现储能供电；另一方面可以直接送至放电控制电路313进行放电信号的控制处理，实现实时供电。送过来的电信号通过直流/直流变换器(dc/dc)3131进行电压的升降处理，然后经过低压差稳压器(ldo)3132进行稳压处理，然后供给负载4。直流/直流变换器(dc/dc)3131也是可选的，例如可以直接经过低压差稳压器(ldo)3132给负载4供电。

峰值电流放电通路3133提供另一种负载供电方式，这个通路是专门给负载提供峰值功率的通路，配合储能元件312中的超级电容（edlc）使用，采用超级电容（edlc）作为储能元件，配合峰值电流放电通路3133，可以很好的满足负载4的峰值功耗的要求，如摄影，摄像等，解决电池不能有效地给负载4提供峰值功耗的问题。

在系统没有峰值功耗要求时，直流/直流变换器(dc/dc)3131和低压差稳压器(ldo)3132组成的常规通路为负载提供能量。电池和超级电容（edlc）混合储能同样可以提供上述的两种工作模式。

图7所示为图5中内部反馈控制电路322的一种结构。内部反馈控制电路322主要包括保护控制电路3221、电压检测电路3222、电流监测电路3223和温度检测电路3224等。电压检测电路3222、电流监测电路3223和温度检测电路3224分别检测储能元件312的电压、电流和器件温度，根据得到的检测结果，保护控制电路3221做出判断输出控制信号，一方面对充电控制电路311做出控制，另一方面控制信号经过反馈信号发射电路321向外发送。

图8所示为图5中的储能元件312的一种结构。储能可以采用电池，可以采用超级电容，还可以是两者的混合。图8中的a，b，c三个图分别表示这三种情况。其中如果有超级电容，那么结合峰值电流放电通路3133，可以为负载提供峰值功率。如果没有储能元件的话，系统也可以工作，此时供电方式为实时供电。

图9所示是本实施例无线供能系统的一种结构。结合前面的附图说明，图9综述了整个系统在原理上的实现。包括了图2，图3，图6，图7和图8。工作原理和前述的相同。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。