本发明涉及供电系统技术领域，尤其是涉及一种无线供电系统的发射设备、无线供电系统和无线照明系统。
背景技术
现有的供电系统大多需要铺设复杂的线路，尤其为室内的供电系统，灯具照明等用电设备较多，为了保持美观，需要在房间内部上设置线路通道，施工量大，且供电系统线路复杂，安装费时费力。
针对上述供电系统线路复杂，安装费时费力的问题，尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线供电系统的发射设备、无线供电系统和无线照明系统；以将有线传输的电能转换为无线传输的磁信号为用电设备供电，提高供电方式的便捷性和安全性。
第一方面，本发明实施例提供了一种无线供电系统的发射设备，发射设备包括电源单元、控制单元和发射单元；发射单元包括中控电路、同步振荡器、igbt驱动电路、igbt功率管和谐振环；电源单元分别与控制单元和发射单元连接；电源单元还与外部的交流电源连接；中控电路与控制单元连接；同步振荡器和igbt驱动电路分别与中控电路连接；igbt驱动电路、igbt功率管和谐振环依次连接；电源单元用于将外部的交流电转换成直流电，为控制单元和发射单元供电；控制单元用于向中控电路发送使能信号和pwm调压信号；当使能信号为高电平时，中控电路控制同步振荡器起振，通过igbt驱动电路驱动igbt功率管功率输出，谐振环起振，从而将电信号转换为无线磁信号输出。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述控制单元包括mcu芯片、稳压电路和pwm调压输出电路；稳压电路和pwm调压输出电路分别与mcu芯片连接；pwm调压输出电路用于输出pwm调压信号；mcu芯片用于输出使能信号。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述控制单元还包括扬声器和伺服电机；扬声器和伺服电机分别与mcu芯片连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述电源单元包括开关电源的输入电路；开关电源的输入电路包括依次连接的输入emc滤波电路、整流电路和输出滤波电路；输入emc滤波电路与外部的交流电连接；输入emc滤波电路用于滤除交流电中的emi干扰；整流电路用于将滤波后的交流电转换成脉动直流电；输出滤波电路用于对脉动直流电进行滤波，输出平滑直流电。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述电源单元还包括开关电源电路；开关电源电路与外部的交流电连接；开关电源电路用于将交流电转换成多级直流电，经多路输出至控制单元和发射单元。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述谐振环上套接有磁环电感；磁环电感还与中控电路连接；磁环电感用于采集谐振环上的谐振信号，将谐振信号发送至中控电路。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述发射单元还包括发射功率调节电路；发射功率调节电路与中控电路连接；发射功率调节电路用于调节磁信号的发射功率。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述igbt功率管的数量为两个；两个igbt功率管并联；并联后的两个igbt功率管与谐振环串联。
第二方面，本发明实施例提供了一种无线供电系统，该无线供电系统包括上述发射设备，还包括接收设备。
第三方面，本发明实施例提供了一种无线照明系统，无线照明系统包括上述无线供电系统，还包括光源；光源与无线供电系统的接收设备连接。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种无线供电系统的发射设备、无线供电系统和无线照明系统，通过电源单元将外部的交流电转换成直流电，为控制单元和发射单元供电；通过控制单元向中控电路发送使能信号和pwm调压信号；当使能信号为高电平时，中控电路控制同步振荡器起振，通过igbt驱动电路驱动igbt功率管功率输出，谐振环起振，从而将电信号转换为无线磁信号输出。该方式可以将有线传输的电能转换为无线传输的磁信号为用电设备供电，避免了大量铺设供电线路造成的工程量大，安装费时费力以及后期用电安全的问题，提高了供电方式的便捷性和安全性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无线供电系统的发射设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种无线供电系统的发射设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的发射设备中，控制单元的电路图；
图4为本发明实施例提供的发射设备中，一种发射单元的电路图；
图5为本发明实施例提供的发射设备中，另一种发射单元的电路图；
图6为本发明实施例提供的发射设备中igbt的驱动波形和发射线圈的电流波形示意图；
图7为本发明实施例提供的发射设备中，电源单元的电路图；
图8为本发明实施例提供的一种无线供电系统的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种无线照明系统的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种无线供电系统的接收设备的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种无线供电系统的电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到现有的供电系统线路复杂，安装费时费力的问题，本发明实施例提供了一种无线供电系统的发射设备、无线供电系统和无线照明系统；该技术可以应用于室内或户外的照明系统、充电系统或其他综合用电系统中；该技术可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。
参见图1所示的一种无线供电系统的发射设备的结构示意图；该发射设备包括电源单元10、控制单元11和发射单元12；该发射单元12包括中控电路121、同步振荡器122、igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动电路123、igbt功率管124和谐振环125；
上述电源单元10分别与控制单元10和发射单元12连接；电源单元10还与外部的交流电源连接；中控电路121与控制单元11连接；同步振荡器122和igbt驱动电路123分别与中控电路121连接；igbt驱动电路123、igbt功率管124和谐振环125依次连接；
上述电源单元10用于将外部的交流电转换成直流电，为控制单元10和发射单元12供电；控制单元10用于向中控电路121发送使能信号和pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)调压信号；当使能信号为高电平时，中控电路121控制同步振荡器122起振，通过igbt驱动电路123驱动igbt功率管124功率输出，谐振环125起振，从而将电信号转换为无线磁信号输出。
该发射设备中，控制单元和发射单元中的中控电路均可以通过单片机、dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理)等芯片及其外围电路实现；上述igbt驱动电路通过与igbt功率管配套的驱动模块实现；通常，igbt驱动电路可以包含多个驱动单元，每个驱动单元用于驱动对应的igbt功率管。上述谐振环通过由电感和电容组成的串联谐振环，以固有频率起振。
上述igbt驱动电路可以使igbt功率管正常工作，并对其进行保护；基于此，在设置igbt驱动电路时，需考虑多种参数是否匹配，例如，igbt驱动电路需要提供所需的门极平均电流ioutav及门极驱动功率pg，驱动电路的最大平均输出电流须大于计算值；驱动电路的输出峰值电流ioutpeak须大于等于计算得到的最大峰值电流；驱动电路的最大输出门极电容量须能够提供所需的门极电荷以对igbt的门极充放电；在igbt驱动器选择中还应考虑绝缘电压visolio和dv/dt能力等。
本发明实施例提供的一种无线供电系统的发射设备，通过电源单元将外部的交流电转换成直流电，为控制单元和发射单元供电；通过控制单元向中控电路发送使能信号和pwm调压信号；当使能信号为高电平时，中控电路控制同步振荡器起振，通过igbt驱动电路驱动igbt功率管功率输出，谐振环起振，从而将电信号转换为无线磁信号输出。该方式可以将有线传输的电能转换为无线传输的磁信号为用电设备供电，避免了大量铺设供电线路造成的工程量大，安装费时费力以及后期用电安全的问题，提高了供电方式的便捷性和安全性。
参见图2所示的另一种无线供电系统的发射设备的结构示意图；该发射设备在图1中所示发射设备基础上实现；该发射设备包括电源单元10、控制单元11和发射单元12；该发射单元12包括中控电路121、同步振荡器122、igbt驱动电路123、igbt功率管124和谐振环125；
进一步地，上述控制单元包括mcu(microcontrollerunit，微控制单元)芯片111、稳压电路112和pwm调压输出电路113；稳压电路112和pwm调压输出电路113分别与mcu芯片111连接；pwm调压输出电路113用于输出pwm调压信号；mcu芯片111用于输出使能信号。
进一步地，该控制单元还包括扬声器114和伺服电机115；该扬声器114和伺服电机115分别与mcu芯片连接。该伺服电机可以用于驱动散热风扇，用于为发射设备进行散热。
参见图3所示的发射设备中，控制单元的电路图；如图3可知，稳压电路连接在mcu芯片的电压输入引脚，即引脚1；pwm调压输出电路连接在引脚23；引脚6为使能端输出，与发射单元的中控模块连接，输出使能信号；另外，mcu芯片的部分引脚与其它控制单元和发射单元连接，用于接收检测信号，例如，引脚11和引脚12用于接收两个igbt功率管的饱和信号；引脚13和引脚17用于接收中控模块的输入电压检测信号和输入电路检测信号；引脚14和引脚15用于连接led灯；引脚26为av检测引脚。
该控制单元还可以包括无线通信模块116，例如，wifi(wirelessfidelity，无线保真)模块、gsm(globalsystemformobilecommunication，全球移动通信系统)模块、zigbee模块等，用于向供电系统中的接收设备发送控制信号、反馈信号等。
参见图4所示的发射设备中，一种发射单元的电路图和图5所示的发射设备中，另一种发射单元的电路图。谐振环为l1、c9和c10组成的串联谐振环；该谐振环上套接有磁环电感l2；该磁环电感还与中控电路连接；该磁环电感用于采集谐振环上的谐振信号，将谐振信号发送至中控电路。图4和图5中，磁环电感可以反馈同步信号到中控电路的同步振荡器输入端引脚12，当同步振荡器振荡频率达到谐振环谐振频率同步时，电流过零截止。
上述发射单元还包括发射功率调节电路；该发射功率调节电路与中控电路连接；该发射功率调节电路用于调节磁信号的发射功率。上述igbt功率管的数量为两个；两个igbt功率管并联；并联后的两个igbt功率管与谐振环串联。
如图5中，中控电路的引脚7为使能脚，与控制单元的使能端引脚6连接，接收控制单元发送的使能信号；当使能信号为当高电平(5v)时，同步振荡器会产生起振(r1为振荡电阻，r1越大频率越低)，上下两个igbt功率管q1q2正常输出信号，经过igbt驱动模块(采用配套cp1031驱动模块)放大后，驱动q1和q2igbt功率管；l1和c9，c10组成串联谐振环以固有的频率
上述发射设备的发射单元也可以称为无线供电发射的半桥控制zcs(zerocurrentswitch，零电流开关)模块，内部集成了同步振荡器、pwm自适应调节、发射线圈峰值电流检测、发射线圈峰值电流限流，集成度高、外围零件少、效率高、调试简单等优点。
通常，该发射设备在投入适应之前，需要进行调试，参考图5所示电路，调试步骤如下：
步骤(1)，把vr2电位器调到最小(中间脚电压最低)，u4的第23脚对地短接，第6脚连接+5v，示波器隔离探头接到igbt的g极。
步骤(2)，设备上电，在空载情况下，慢慢把vr2电位器调大(中间脚电压)，同时观察输入功率；如果输入功率在20w以下，继续慢慢调大vr2，当输入功率达到20w左右时停止调节电位器，此时可用示波器观察igbt的驱动波形的频率和记下现在谐振频率，igbt的驱动波形和发射线圈的电流波形如图6所示。
步骤(3)，把接收线圈和谐振电容的振荡频率调节至与发射机的工作频率相同，接上负载，计算转换效率，调整谐振电容；当转换效率最高时，接收谐振频率和发射频率的谐振是佳的。
步骤(4)，再调整vr2，让输出电流和功率达到所需的值，至此功率部分调试完成；
步骤(5)，把u4的23脚和6脚短接线断开复原，上电；上电后，发射机由mcu控制在待机状态(待机功耗5w左右)，再把接收线圈放上，发射机和接收机之间通讯成功，发射机功率逐渐由小变大，直到达到最大功率，当电池充饱后，接收机检测到充饱信号会通知发射机停止工作，进入待机状态。
在调试过程中，r45，r46可调整电流过零点的位置，阻值大igbt驱动波形会提前，阻值小igbt驱动波延迟，如图6中波形所示，驱动波形是在电流过零点截止。调试前须把vr2电位器调到最小(中间脚电压最低)，然后再从小往大细调；放上接收机调试时，必需要把接收机的谐振电容调整到效率最高，才能调大发射功率。
参见图7所示的发射设备中，电源单元的电路图；该电源单元包括开关电源的输入电路；开关电源的输入电路包括依次连接的输入emc(electromagneticcompatibility，电磁兼容性)滤波电路、整流电路和输出滤波电路；输入emc滤波电路与外部的交流电连接；该输入emc滤波电路用于滤除交流电中的emi(electromagneticinterference，电磁干扰)干扰；整流电路用于将滤波后的交流电转换成脉动直流电；输出滤波电路用于对脉动直流电进行滤波，输出平滑直流电。该电源单元还包括开关电源电路；该开关电源电路与外部的交流电连接；开关电源电路用于将交流电转换成多级直流电，经多路输出至控制单元和发射单元。
对应于上述发射设备，参见图8所示的一种无线供电系统的结构示意图；该无线供电系统包括发射设备80，还包括接收设备；通常，发射设备可以连接多台接收设备，图8中以三台接收设备为例进行说明，分别为接收设备81a、接收设备81b和接收设备81c。
参见图9所示的一种无线照明系统的结构示意图；该无线照明系统包括无线供电系统90，还包括光源；该光源与无线供电系统的接收设备连接。在实际实现时，一台接收设备可以连接一个光源，也可以连接多个光源；图9中以一台接收设备连接两个光源为例进行说明，分别为光源91a、光源91b、光源91c、光源91d、光源91e、光源91f。
本发明实施例提供的无线供电系统和无线照明系统，与上述实施例提供的无线供电系统的发射设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
参见图10所示的一种无线供电系统的接收设备的结构示意图；该接收设备包括信号接收单元1010、恒压单元1011、整流单元1012、供电单元1013和检测单元1014；
信号接收单元1010、整流单元1012和供电单元1013依次连接；恒压单元1011分别与信号接收单元1010和检测单元1014连接；检测单元1014还与供电单元1013连接；
上述信号接收单元1010用于接收无线磁信号，将无线磁信号转换为电信号；整流单元1012用于对电信号进行整流；供电单元1013用于对用电设备进行供电；恒压单元1011用于对电信号进行多级恒压处理，为检测单元供电；检测单元1014用于检测供电单元输出的供电电流和供电电压。
上述信号接收单元和检测单元均可以通过单片机、dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理)等芯片及其外围电路实现；整流单元可以通过半波整流电路、全波整流电路或桥式整流电路等实现；上述供电单元通常与用电设备连接，或者设置有用于连接用电设备的接口。上述恒压单元可以为三级线性恒压电路，设置有三级线性恒压输出端，用于为电路其他部分供电。
本发明实施例提供的一种无线供电系统的接收设备，通过信号接收单元接收无线磁信号，将无线磁信号转换为电信号；通过整流单元对电信号进行整流；通过供电单元对用电设备进行供电；通过恒压单元对电信号进行多级恒压处理，为检测单元供电；通过检测单元检测供电单元输出的供电电流和供电电压。该方式可以将有线传输的电能转换为无线传输的磁信号为用电设备供电，避免了大量铺设供电线路造成的工程量大，安装费时费力以及后期用电安全的问题，提高了供电方式的便捷性和安全性。
本发明实施例还提供了另一种无线供电系统的接收设备；参见图11所示的一种无线供电系统的电路图；该接收设备在图10中所示接收设备基础上实现；该接收设备包括信号接收单元1010、恒压单元1011、整流单元1012、供电单元1013和检测单元1014；本实施例中，以用电设备为可充电锂电池为例进行描述。
上述信号接收单元包括接收线圈和谐振电容；该接收线圈和谐振电容串联；如图11中，接收线圈为l2，谐振电容为c4，二者组成串联谐振电路。
上述整流单元包括多组整流二极管；如图11所示，整流单元共包括四组整流二极管(d3至d6)，每组包括同向并联的两个整流二极管；该整流二极管可以采用肖特基二极管实现，例如，mbr20200ct型；肖特基二极管以贵金属(金、银、铝、铂等)a为正极，以n型半导体b为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件，常用于在低压、大电流输出场合下的高频整流。
电信号经d3至d6全桥整流后，即输入至供电单元为用电设备进行供电；该供电单元内设置有运算放大器；运算放大器分别与用电设备的供电端口和检测单元连接；运算放大器用于运算生成供电电流的电流检测信号，将电流检测信号发送至检测单元。该供电单元内还设置有分压电阻；该分压电阻分别与用电设备的供电端口和检测单元连接；经分压电阻分压后的供电电压输入至检测单元。
图11中，运算放大器lm358的输出端与检测单元中的芯片的引脚3连接，用于输出电流检测信号；用电设备锂电池的一端连接有串联有分压电阻r22和r23，r22和r23之间，经r19输出供电电压至检测单元中的芯片的引脚4。
上述检测单元包括mcu芯片和散热风扇；当mcu芯片检测到供电电流或供电电压高于第一设定阈值时，启动散热风扇。该检测单元还包括无线通信电路；mcu芯片还用于通过无线通信电路向发射设备发送功率调节信号，以使发射设备调节发射功率。该无线通信电路可以为wifi(wirelessfidelity，无线保真)模块、gsm(globalsystemformobilecommunication，全球移动通信系统)模块、zigbee模块等。
上述信号接收单元、整流单元、供电单元和检测单元可以通过无线接收模块实现，该模块内部集成了振荡器、pwm调制、驱动放大可直接驱动mos功率管，用来对无线接收机的电压限压，以避免输出电压过高而损坏相关零件。
当锂电池达到满电电压(54v)时，经过r22，r23电阻分压后送到u5的4脚(基准2.5v)，4脚达到2.5v后，经内部无线通讯或无线通信电路传输到发射设备，发射设备则调小占空比，减低充电电流，电压随之下降；当电压下降至低于54v时，发射设备的占空比又调大，以此反复不断的调制；根据充电电池的特性，充电电流会逐渐的减少，直到电池电压完全充满；当充电电流小于设定值(如500ma)时，发射设备停止工作进入待机状态，充电完成。
当出现线路故障时，例如锂电池在充电过程中被断开，输出电压必然会升高，电阻r21、r9为分压取样电阻；当达到2.5v(uo＝2.5*{1+(r1/r2)})的基准电压时，u6的输出占空比可调的方波来驱动q2q3导通，以对电压斩波，输出电压下降；当u6的6脚电压小于2.5v时，1脚输出低电平，q2q3截止，输出电压升高，依次周而复始，可以使输出电压会限制在安全阈值内，保护相关零件不会过高电压损坏。
本发明实施例所提供的无线供电系统的发射设备、无线供电系统和无线照明系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。