一种功率自适应调配的一对多无线充电系统的制作方法

本实用新型属于无线能量传输技术领域，特别是涉及一种功率自适应调配的一对多无线充电系统。

背景技术：

伴随着电子科学技术的发展，智能电子设备的数量急剧增长，人们对用电充电的需求也越来越大。传统的充电方式依然是通过有线的方式将电能经适配器配置为合适的直流电通过导线传输为设备充电或供电，但是随着充电设备的增多势必会造成导线与导线的相互缠绕，影响环境美观和使用便捷性，另外有线的充电方式增大了漏电触电的危险。无线的充电方式可以完全避免有线充电的种种弊端，目前的无线充电系统大部分是一个发射端只能对一个接收端进行无线充电，即使存在对多个接收终端供电的无线充电系统，也提前规定了不同功率接收端的专属充电位置，不能随意放置即不能根据功率需求进行自适应调配。因此多终端无线充电系统还存在技术缺陷，随着无线充电设备的增多，功率大小也有差异，为降低成本和适应多个不同功率充电，功率自适应充电技术就变得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是在于解决现有技术一对一的无线充电装置在要求多个接收设备同时充电时表现出的局限性，以及对多个不同功率接收端时如何自适应调配以满足不同的接收功率而提供一种功率自适应调配的一对多无线充电系统。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用如下技术方案：一种功率自适应调配的一对多无线充电系统，包括发射端、接收端；所述发射端可同时对N个不同功率负载的接收端进行相互独立的磁共振耦合式无线电能传输，N为大于2的整数；所述的发射端包括顺序连接的多级稳压电路、保护电路、单片机，以及通过单片机并行双向连接的温度检测电路、充电状态LED指示、N路功率发射检测单元；所述的多级稳压电路并行提供主电能到N路功率发射检测单元；所述接收端包括顺序连接的接收端线圈、接收端谐振电容、整流滤波电路、稳压模块以及负载。

进一步的，所述的N路功率发射检测单元包括逆变电路、发射端谐振电容、发射端线圈以及电流采样放大电路；所述的单片机输出N路PWM 波一一驱动N路逆变电路，电流采样放大电路从逆变电路采样电流值反馈给单片机，进而构成一个功率自适应调配的闭环电路；单片机根据采样电流值判断当前接收端的功率大小并调整该路的PWM波频率以适应接收端额定的充电功率；所述的温度检测电路检测发射端温度情况，若检测到温度超过预设置的温度门限，单片机会立即关断PWM输出使功率发射单元停止功率发射；所述的充电状态LED指示提供电源状态指示、充电状态指示、过温过流状态指示以及异物状态指示，并用不同颜色LED显示。

进一步的，所述N个发射端线圈以及N个接收端线圈，其结构与电性能参数各自具有高度一致性，整体呈疏密交错的平面螺旋线绕结构，并用 FR4基板做支撑；所述的FR4基板上挖出M根长通孔，M为大于5的整数，在FR4基板的M根长通孔中内嵌入M根铁氧体屏蔽磁条；所述的N个发射端线圈与N接收端线圈一一平行正对，铁氧体磁条面朝外。

功率自适应调配的一对多无线供电功率传输过程分为目标检测与功率配送两个阶段；第一阶段是发射端检测到接收端并识别其需求的充电功率；第二阶段是发射端在识别目标终端以后，调整工作频率以满足接收端功率需求，进行无线充电。

所述的第一阶段，单片机以偏离谐振点的N路PWM波驱动N路逆变电路，在同一时刻只输出一路PWM波，因此只有一路功率发射检测单元处于检测状态，在一个时间周期内，N路PWM波轮流循环输出，N路功率发射检测单元轮流循环检测；当某一路检测目标成功后，剩余各路依然处于循环检测状态；通过对发射端电流采样放大电路的振动幅度来判断当前接收端对应的负载功率；每路PWM驱动信号设有占空比，以达到降低待机功率的目的。

所述的第二阶段，单片机判断电流采样放大电路的电流大小来计算当前的发射功率，若功率偏小则调整PWM波频率朝谐振点靠近，若功率偏大则偏离谐振点，实时监测与调控，保证充电正常稳定。

综上所述，本实用新型的一种功率自适应调配的一对多无线充电系统，通过多路并行的功率发射单元，独立的电流采样及频率控制输出，任意功率范围内的接收端都可以随意选择功率发射单元为其无线充电，实现自适应调配。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本实用新型提供了一种功率自适应调配的一对多无线充电系统，该系统的无线供电平台通过发射频率偏移谐振点的电磁信号用于检测目标，识别目标功率，并兼顾了低待机功率，不同的负载对应着不同变化电流，通过功率发射检测单元采样电流值为此接收端配置合适的频率，实现功率自适应调配，多路功率发射检测单元由一个单片机实现频率控制，能实现对多个功率不同的接收端同时进行无线充电，是一种控制简单、多终端、宽功率跨度输出的无线充电系统，实现真正的功率自适应无线充电。

本实用新型的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型无线充电系统的结构示意图。

图2是本实用新型发射线圈与接收线圈结构展开示意图。

具体实施方式

如图1的无线充电系统的结构示意图所示，一种功率自适应调配的一对多无线充电系统，包括发射端1、接收端2；所述发射端1可同时对4个不同功率负载的接收端2进行相互独立的磁共振耦合式无线电能传输；所述的发射端1主电源供电电压为24V，包括顺序连接的三级稳压电路3、保护电路4、单片机5，以及通过单片机5并行双向连接的温度检测电路6、充电状态LED指示7、4路功率发射检测单元8；所述的多级稳压电路3并行提供主电能到4路发射功率检测单元8；所述接收端2包括顺序连接的接收端线圈13、接收端谐振电容14、整流滤波电路15、稳压模块16以及负载17，稳压模块16有4个输出电压功率值5V/5W、9V/15W、12V/16W、 24V/24W，满载功率输出为60W，这里的负载17可以是手机、电脑、电视、台灯等任意电子设备，可允许存在较大功率跨度，它们可等效为不同阻值电阻负载。

进一步的，所述的4路功率发射检测单元8包括逆变电路9、发射端谐振电容11、发射端线圈12以及电流采样放大电路10；所述的单片机5输出4路PWM波一一驱动4路逆变电路9，电流采样放大电路10从逆变电路9采样电流值反馈给单片机5，进而构成一个功率自适应调配的闭环电路；单片机5可以根据采样电流值判断当前接收端的功率大小并调整该路的PWM波频率以适应接收端额定的充电功率；所述的温度检测电路6检测发射端温度情况，若检测到温度超过预设置的温度门限，单片机5会立即关断PWM输出使功率发射单元停止功率发射，在本实施例中温度门限设置为 80℃；所述的充电状态LED指示7提供电源状态指示、充电状态指示、过温过流状态指示以及异物状态指示，并用不同颜色LED显示，本实施例中系统处于充电状态绿灯亮，异物状态蓝灯亮，过流与过温状态红灯亮。

进一步的，所述4个发射端线圈12以及4个接收端线圈13，其结构与电性能参数各自具有高度一致性，整体呈疏密交错的平面螺旋线绕结构，发射线圈线径为2mm，内径20mm，匝数为15匝，接收线圈线径为1.2mm，内径15mm，匝数为20匝，并用FR4基板18做支撑；所述的FR4基板18 上挖出8根长通孔，在FR4基板18的8根长通孔中内嵌入8根铁氧体屏蔽磁条19；所述的4个发射端线圈12与4接收端线圈13一一平行正对，铁氧体磁条面朝外。

功率自适应调配的一对多无线供电功率传输过程分为目标检测与功率配送两个阶段；第一阶段是发射端检测到接收端并识别其需求的充电功率；第二阶段是发射端在识别目标终端以后，调整工作频率以满足接收端功率需求，进行无线充电。

在本实施例中，功率发射检测单元8的自谐振频率为100KHz，因此单片机5输出PWM波频率变化范围为100KHz～175KHz；在第一阶段，单片机5以偏离谐振点的4路PWM波驱动4路逆变电路9，频率选择为 175KHz，在同一时刻只输出一路PWM波，因此只有一路功率发射检测单元8处于检测状态，在一个时间周期内，4路PWM波轮流循环输出，4路功率发射检测单元8轮流循环检测；当某一路检测目标成功后，剩余各路依然处于循环检测状态，每一路检测时间为0.6s，4路共计2.4S，因此目标终端在检测范围内时最长检测时间为2.4S；通过对发射端电流采样放大电路10的振动幅度来判断当前接收端2对应的负载功率；每路PWM驱动信号占空比范围在15％，以达到降低待机功率的目的，待机电流为30mA，待机功耗为0.72W。

所述的第二阶段，单片机5判断电流采样放大电路10的电流大小来计算当前的发射功率，若功率偏小则调整PWM波频率朝谐振点靠近，若功率偏大则偏离谐振点，实时监测与调控，保证充电正常稳定。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。