CN106787035A - 无线充电发送装置、接收装置、***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及无线充电发送装置、接收装置、***及方法。本发明的无线充电发送装置包括：发送谐振单元，用于产生具有谐振频率的电磁信号；功率因数校正单元，为无桥升压功率因数校正电路，并且用于对发送谐振单元的功率因数校正；发送检测单元，用于检测所述无线充电发送装置的电压和电流，并将检测结果反馈到发送控制单元；发送控制单元，用于控制所述无线充电发送装置中各单元的运行，并基于所述检测结果调整发送谐振单元的操作。采用本发明的无线充电发送装置、接收装置，无需充电时的精确对接，即可完成自主充电，同时也不需要充电插头，简化了充电结构，提高了***可靠性。
Description
【技术领域】
本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电发送装置、接收装置、***及方法。
【背景技术】
移动机器人采用自主充电方式可以延长机器人的自治时间，增加其活动范围，实现多个任务动作的连续。
当前移动机器人的应用中，自主充电都采用的是有线接触方式，需要机器人本身具有金属插头，而且具备较高的定位精度，来完成机器人底部插头和墙体插座的对接。
采用有线接触方式自主充电的机器人需要安装有较为笨重的充电插头和复杂的充电结构，同时机器人需要较高的定位精度，来完成充电时的对接，其***的可靠性难以得到保证，而且对接过程比较复杂，用时较长，严重影响用户的体验。
【发明内容】
本发明旨在解决采用有线接触方式自主充电需要安装笨重的充电插头和复杂的充电结构，以及充电对接困难的问题，提供一种无线充电发送装置、接收装置、***及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种无线充电发送装置，包括：
发送谐振单元，用于产生具有谐振频率的电磁信号；
功率因数校正单元，为无桥升压功率因数校正电路，并且用于对发送谐振单元的功率因数校正；
发送检测单元，用于检测所述无线充电发送装置的电压和电流，并将检测结果反馈到发送控制单元；以及
发送控制单元，用于控制所述无线充电发送装置中各单元的运行，并基于所述检测结果调整发送谐振单元的操作。
在一些实施例中，所述发送谐振单元还包括半桥谐振电路或全桥谐振电路，用于激励所述发送谐振单元产生具有谐振频率的电磁信号。
在一些实施例中，其特征在于，所述发送谐振单元还包括软开关技术。
第二方面，本发明提供一种无线充电接收装置，包括：
接收谐振单元，通过电磁感应接收来自无线充电发送装置的电能；
整形电路，其与接收谐振单元连接，产生正弦电压/电流波形；
DC/DC转换单元，用于将接收谐振单元接收到的电能变换到适于接收端设备的充电电压和充电电流；
接收检测单元，用于检测所述无线充电接收装置的电压和电流，并将检测结果反馈到接收控制单元；以及
接收控制单元，用于控制所述无线充电接收装置中各单元的运行，并基于所述检测结果调整接收谐振单元的操作。
第三方面，本发明提供一种无线充电***，包括以上所述的无线充电发送装置和所述的无线充电接收装置。
在一些实施例中，所述无线充电***还包括通讯单元，用于采用幅值调制方式或定制化通讯协议，控制所述无线充电***的发送装置与接收装置之间的无线通信。
第四方面，本发明提供一种无线充电方法，基于以上所述的无线充电***，并且包括以下步骤：
发送控制单元基于来自发送检测单元的检测结果，切换无线充电发送装置为待机模式或充电模式；
在充电模式时，发送控制单元控制无线充电发送装置激励发送谐振电路，并传输能量至无线充电接收装置；
在待机模式时，发送控制单元控制无线充电发送装置发送脉冲激励，以维持发送谐振单元的谐振，并检测是否有充电设备或异物的靠近。
在一些实施例中，所述无线充电方法还包括：
通讯单元通过接收控制单元控制调制电容与接收谐振单元的接通和断开，改变接收装置的频率因数，以将认证信息调制到谐振波形中；
通讯单元控制无线充电发送装置感应认证信息调制的谐振波形，并通过峰值解调和包络解调方式，产生解调信号；
通讯单元和发送控制单元共同解析解调信号，并判断能量接收装置是否合法，合法则继续功率传输，不合法则停止功率传输。
在一些实施例中，所述无线充电方法还包括：
在固定的充电周期后，发送控制单元根据当前接收功率和设定功率，计算出差值并且将该信息调制到谐振波形中；
通讯单元控制无线充电发送装置接收无线充电接收装置的当前接收功率和设定功率的差值信息，计算当前驱动频率步长，并调整电路的工作频率接近谐振频率。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于本发明提供的一种无线充电发送装置、接收装置、***及方法，无需充电时的精确对接，即可完成自主充电，同时也不需要充电插头，简化了充电结构，提高了***可靠性。
【附图说明】
图1为本发明一实施例的无线充电发送装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例的无线充电接收装置的结构示意图。
图3为本发明一实施例的无线充电方法示意图。
附图标记：1.发送控制单元、2.发送检测单元、3.发送谐振单元、4.功率因数校正单元、5.接收谐振单元、6.整形电路、7.DC/DC转换单元、8.接收检测单元、9.接收控制单元。
【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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
请参阅图1，为本发明一实施例的无线充电发送装置的结构示意图。
如图1所示，无线充电发送装置包括发送控制单元1、发送检测单元2、发送谐振单元3和功率因数校正单元4。
发送谐振单元3用于产生具有谐振频率的电磁信号；
功率因数校正单元4为无桥升压功率因数校正电路，并且用于对发送谐振单元3的功率因数校正；
发送检测单元2用于检测所述无线充电发送装置的电压和电流，并将检测结果反馈到控制单元1；
发送控制单元1用于控制所述无线充电发送装置中各单元(发送检测单元2、发送谐振单元3和功率因数校正单元4等)的运行，并基于所述检测结果调整发送谐振单元3的操作。
优选地，发送谐振单元包括电感和电容，电感是多圈导线绕制的线圈。线圈的尺寸，形状，排布方式根据实际应用调整，保证在固定轴向距离上有足够强的磁场，考虑线圈集肤效应和邻近效应，线圈的线径，匝数，股数需要根据损耗要求和实际驱动频率来计算。发送谐振单元还需要做电磁屏蔽，以此来减小对外部电路的电磁干扰。线圈底部需要放置铁氧体等导磁材料来减小磁场对外界的影响，且其尺寸要略大于线圈尺寸。导磁材料底部需放置金属平面，减小电场的干扰。发送谐振单元的电容可以采用陶瓷电容，需采用低温漂材质电容。谐振频率通常设定在较低的频率，例如100KHz量级，频率过高会增加***的电磁干扰，同时也会增大电路的开关损耗和线圈的交流阻抗，影响***的效率，在***尺寸允许的前提下，通常采用较低的谐振频率。
进一步地，发送谐振单元3还包括半桥谐振电路或全桥谐振电路，用于激励所述发送谐振单元1产生具有谐振频率的电磁信号，在低功率无线充电时可以采用半桥谐振电路激励，高功率无线充电时可以采用全桥谐振电路激励。
进一步地，所述发送谐振单元3还包括软开关技术，用以减小半桥谐振电路或全桥谐振电路的开关损耗，采用软开关技术，使全部功率开关都工作在零电压导通，极大地减小了开关损耗，提高***的效率。
实施例2
请参阅图2，为本发明一实施例的无线充电接收装置的结构示意图。
如图2所示，无线充电接收装置包括接收谐振单元5、整形电路6和DC/DC转换单元7、接收检测单元8和接收控制单元9。
接收谐振单元5通过电磁感应接收来自无线充电发送装置的电能；
整形电路6与接收谐振单元5连接，产生平滑电压波形；
DC/DC转换单元7用于将接收谐振单元5接收到的电能变换到适于接收端设备的充电电压和充电电流。采用隔离式软开关拓补结构，提高DC/DC电源的效率的同时还可以实现接收端电池部分和高压谐振部分的电气隔离；
接收检测单元8用于检测所述无线充电接收装置的电压和电流，并将检测结果反馈到接收控制单元9；
接收控制单元9用于控制所述无线充电接收装置中各单元(接收谐振单元5、整形电路6和DC/DC转换单元7和接收检测单元8)的运行，并基于所述检测结果调整接收谐振单元5的操作。
实施例3
无线充电***包括本发明提供的无线充电发送装置和无线充电接收装置。
所述无线充电发送装置的结构与实施例1相同，所述无线充电接收装置的结构与实施例2相同，此处不再赘述。
进一步地，无线充电***还包括通讯单元，并且还用于采用幅值调制方式或定制化通讯协议，控制所述无线充电发送装置与所述无线充电接收装置之间的无线通信，用以保证任何时刻都有一个合理的功率传输。当无线充电接收装置检测到输入功率小于设定功率时，会发送当前的差值给无线充电发送装置，无线充电发送装置接收到差值后，通过软件上的环路控制算法，计算出驱动频率的增量，增大输出功率。采用幅值调制方式和定制化通讯协议，当无线充电接收装置通过改变谐振电路的频率因数，将编码后的信号调制到谐振信号中；由于反射阻抗的效应，无线充电接收装置谐振波形同样会反映出相同变化形式的波形，无线充电发送装置通过硬件电路/软件算法进行解调，解析出控制信息，从而完成环路控制的计算。
实施例4
请参阅图3，为本发明一实施例的无线充电方法示意图。
如图3所示，无线充电方法是基于本发明提供的无线充电***，包括以下步骤：
S101：发送控制单元基于来自发送检测单元的检测结果，切换无线充电发送装置为待机模式或充电模式；
S102：在充电模式时，发送控制单元控制无线充电发送装置激励发送谐振电路，并传输能量至无线充电接收装置；
S1021：在待机模式时，发送控制单元控制无线充电发送装置发送脉冲激励，以维持发送谐振单元的谐振，并检测是否有充电设备或异物的靠近。
进一步地，无线充电方法还包括：
S103：通讯单元通过接收控制单元控制调制电容与接收谐振单元的接通和断开，改变接收装置的频率因数，以将认证信息调制到谐振波形中；
S104：通讯单元控制无线充电发送装置感应认证信息调制的谐振波形，并通过峰值解调和包络解调方式，产生解调信号；
S105：通讯单元和发送控制单元共同解析解调信号，并判断能量接收装置是否合法，合法则继续功率传输，不合法则停止功率传输。
进一步地，无线充电方法还包括：
S106：在固定的充电周期后，发送控制单元根据当前接收功率和设定功率，计算出差值并且将该信息调制到谐振波形中；
S107：通讯单元控制无线充电发送装置接收无线充电接收装置的当前接收功率和设定功率的差值信息，计算当前驱动频率步长，并调整电路的工作频率接近谐振频率。
优选地，步骤S106中，固定的充电周期可设定为0.5ms。
本发明提供的无线充电***，无需充电时的精确对接，即可完成自主充电，同时也不需要充电插头，简化了充电结构，提高了***可靠性。
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。
Claims (9)
1.一种无线充电发送装置，其特征在于，包括：
发送谐振单元，用于产生具有谐振频率的电磁信号；
功率因数校正单元，为无桥升压功率因数校正电路，并且用于对发送谐振单元的功率因数校正；
发送检测单元，用于检测所述无线充电发送装置的电压和电流，并将检测结果反馈到发送控制单元；以及
发送控制单元，用于控制所述无线充电发送装置中各单元的运行，并基于所述检测结果调整发送谐振单元的操作。
2.如权利要求1所述的无线充电发送装置，其特征在于，所述发送谐振单元还包括半桥谐振电路或全桥谐振电路，用于激励所述发送谐振单元产生具有谐振频率的电磁信号。
3.如权利要求2所述的无线充电发送装置，其特征在于，所述发送谐振单元还包括软开关技术。
4.一种无线充电接收装置，其特征在于，包括：
接收谐振单元，通过电磁感应接收来自无线充电发送装置的电能；
整形电路，其与接收谐振单元连接，产生正弦电压/电流波形；
DC/DC转换单元，用于将接收谐振单元接收到的电能变换到适于接收端设备的充电电压和充电电流；
接收检测单元，用于检测所述无线充电接收装置的电压和电流，并将检测结果反馈到接收控制单元；以及
接收控制单元，用于控制所述无线充电接收装置中各单元的运行，并基于所述检测结果调整接收谐振单元的操作。
5.一种无线充电***，其特征在于，包括如权利要求1-3中任一项所述的无线充电发送装置，以及如权利要求4所述的无线充电接收装置。
6.如权利要求5所述的无线充电***，其特征在于，所述无线充电***还包括通讯单元，用于采用幅值调制方式或定制化通讯协议，控制所述无线充电***的发送装置与接收装置之间的无线通信。
7.一种无线充电方法，其特征在于，基于如权利要求5或6所述的无线充电***，并且包括以下步骤：
发送控制单元基于来自发送检测单元的检测结果，切换无线充电发送装置为待机模式或充电模式；
在充电模式时，发送控制单元控制无线充电发送装置激励发送谐振电路，并传输能量至无线充电接收装置；
在待机模式时，发送控制单元控制无线充电发送装置发送脉冲激励，以维持发送谐振单元的谐振，并检测是否有充电设备或异物的靠近。
8.如权利要求7所述的无线充电方法，其特征在于，还包括：
通讯单元通过接收控制单元控制调制电容与接收谐振单元的接通和断开，改变接收装置的频率因数，以将认证信息调制到谐振波形中；
通讯单元控制无线充电发送装置感应认证信息调制的谐振波形，并通过峰值解调和包络解调方式，产生解调信号；
通讯单元和发送控制单元共同解析解调信号，并判断能量接收装置是否合法，合法则继续功率传输，不合法则停止功率传输。
9.如权利要求8所述的无线充电方法，其特征在于，还包括：
在固定的充电周期后，发送控制单元根据当前接收功率和设定功率，计算出差值并且将该信息调制到谐振波形中；
通讯单元控制无线充电发送装置接收无线充电接收装置的当前接收功率和设定功率的差值信息，计算当前驱动频率步长，并调整电路的工作频率接近谐振频率。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109560622A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-02 | 上海楚山电子科技有限公司 | 一种无线充电待机检测金属异物的方法和无线充电方法 |
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