一种无线充电系统的能量传输系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线充电系统的能量传输系统及方法，所述系统包括：发射电路和接收电路；所述发射电路包括：供电电路、栅极驱动控制电路、功率放大器、初级谐振电路和数据检测单元；所述接收电路包括：次级谐振电路、AC‑DC转换器、储能控制单元和电流检测单元；本发明专利技术通过开关对接收电路进行储能模式和放电模式的切换，当开关闭合时，负载被短路，且次级谐振电路处于储能模式，当开关断开时，负载接入，且次级谐振电路处于放电模式，并将其储存的能量释放给负载；实现了将次级谐振电路作为接收电路的AC‑DC转换器的电流源输入，提高电压转换比，从而提高输出电压，而且通过适时关闭功率放大器，有利于节省发射能源，提高系统的传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电系统的能量传输系统及方法
本专利技术无线充电
，尤其涉及一种无线充电系统的能量传输系统及方法。
技术介绍
像无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现无线能量的传输一直也是人类的追求。19世纪末，NikolaTesla（尼古拉特斯拉）便开始无线充电系统的能量传输的研究，他用一个电场点亮了一个气体放电管，证明了无线充电系统的能量传输是有可能的，并预言：几十年后人类将彻底解决无线供电问题。近年来，随着无线传输和电磁学理论的不断发展和完善，尤其是基于磁耦合谐振式的无线充电系统的能量传输技术迅速发展起来，使无线充电系统的能量传输技术成为国内外学者研究的热点之一，该技术已经被广泛应用于电动汽车充电、便携式/穿戴式电子设备、医疗设备、水下作业、现代农业等领域，具有广阔的市场空间和实际的应用价值。目前，已有的谐振式无线充电系统的能量传输系统通过片上AC-DC转换器，如全波整流器、半波整流器、倍压器和AC-DC转换器等，将次谐振回路(由电感和电容构成)接收到的交流电压VR转化为直流电压VOUT供给负载，实现对负载的供电。为了提高转换效率，采用MOS晶体管和高速比较器构成的有源二极管进行整流，由于二极管的存在导通压降，导致输出的直流电压VOUT仍然比VR略低。因此，为了提高电压转换的比值VOUT/VR，增大输出电压，现有技术采用AC-DC多倍压整流器或DC-DC电荷泵实现，但是，会增加系统面积和接收机的复杂度；并由于其将次级谐振电路作为AC-DC转换电路的电压源输入，也大大限制了负载上的最大输出电压的大小。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本专利技术提供一种无线充电系统的能量传输系统及方法，旨在实现将次级谐振电路作为接收电路的AC-DC转换器的电流源输入，提高电压转换比，从而提高输出电压，而且通过适时关闭功率放大器，有利于节省发射能源，提高系统的传输效率，直接通过感应初级谐振电路所在的谐振回路中的电流变化，即能将接收电路的模式切换信号返回到发射电路中，从而控制功率放大器的通断，大大降低系统复杂度。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种无线充电系统的能量传输系统，其中，所述无线充电系统包括发射端和多个接收端，发射端通过发射线圈发射信号到已完成认证连接的多个接收端；发射端通过接收端的ID号进行识别认证，判断处于无线充电范围内的接收端是否已授权的接收端；所述能量传输系统包括：发射电路和接收电路；传输频段在1.2HZ-5.8GHZ之间；传输频段的大小根据接收端与发射端的距离以及接收端与发射端之间的障碍物情况进行选择；发射端根据预先设置的距离、障碍物与传输频段的对应关系自动识别和选择传输频段；发射电路和接收电路；所述发射电路包括：供电电路、栅极驱动控制电路、功率放大器、初级谐振电路和数据检测单元；所述供电电路分别与所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器连接，用于为所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器进行供电；所述功率放大器的输入端与所述栅极驱动控制电路的输出端电连接，输出端与所述初级谐振电路串接，所述功率放大器用于对输入信号进行放大处理，并输出到所述初级谐振电路中；所述初级谐振电路用于将能量发射到所述接收电路；所述数据检测单元分别与所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器连接，用于感应所述初级谐振电路的初级电流变化，并根据初级电流和预输入的门限电压处理得到功率通断控制信号，并输出至所述栅极驱动控制电路，由所述栅极驱动控制电路根据所述功率通断控制信号控制所述功率放大器的工作状态；所述接收电路包括：次级谐振电路、AC-DC转换器、储能控制单元和电流检测单元；所述次级谐振电路与所述初级谐振电路通过磁场耦合，用于接收由所述初级谐振电路发射的能量；所述AC-DC转换器的输入端与所述次级谐振电路的输出端电连接，输出端用于接入负载；所述储能控制单元并联连接于所述次级谐振电路和所述AC-DC转换器之间；所述电流检测单元用于检测所述次级谐振电路的次级电流大小，并根据次级电流和预设的电流峰值处理得到负载通断控制信号，并输出至所述储能控制单元，通过所述储能控制单元控制负载的接入或短路。所述的无线充电系统的能量传输系统，其中，所述供电电路由电池和电池管理单元组成；所述栅极驱动控制电路由栅极驱动电路和死区时间控制电路组成；所述功率放大器为D类功率放大器；所述初级谐振电路包括初级谐振电容和初级谐振电感；所述数据检测单元包括感应线圈和电流传感器。所述的无线充电系统的能量传输系统，其中，所述栅极驱动电路的电源输入端与所述供电电路的电源输出端电连接，输出端与所述D类功率放大器的输入端电连接，控制端与所述死区时间控制电路的输出端电连接；所述功率放大器的电源输入端与所述供电电路的电源输出端电连接，其中一输出端与所述初级谐振电容的一端串接，另一输出端与所述初级谐振电感一端串接并共地；所述初级谐振电容的另一端和所述初级谐振电感的另一端串接；所述感应线圈感应所述初级谐振电路的初级电流变化，且所述感应线圈的感应输出端与所述电流传感器的信号输入端电连接；所述电流传感器的控制输出端与所述死区时间控制电路的输入端电连接，且所述电流传感器根据所述感应线圈检测得到的信号进行处理，获得功率通断控制信号，由所述死区时间控制电路根据所述功率通断控制信号，通过所述栅极驱动电路控制所述D类功率放大器的导通或截止。所述的无线充电系统的能量传输系统，其中，所述电流传感器包括：包络检波器、带通滤波器、迟滞比较器和分压器；所述包络检波器的输入端与所述感应线圈的感应输出端电连接，输出端与所述带通滤波器的输入端电连接；所述迟滞比较器的信号输入端和门限电压输入端分别与所述带通滤波器的输出端和所述分压器的输出端电连接，输出端与所述死区时间控制电路的输入端电连接；所述分压器的电源输入端与所述供电电路电源输出端电连接，且所述分压器为所述迟滞比较器提供门限电压；所述包络检波器对由所述感应线圈输入的电压信号进行包络检测处理后，由所述带通滤波器进行滤波处理，并输出处理后的电压信号至所述迟滞比较器；所述迟滞比较器比较根据接收到的电压信号和门限电压，得到并输出所述功率通断控制信号。所述的无线充电系统的能量传输系统，其中，所述次级谐振电路包括：次级谐振电感和次级谐振电容；所述储能控制单元包括栅极控制电路和MOS晶体管；所述电流检测单元为电流检测器。所述的无线充电系统的能量传输系统，其中，所述次级谐振电感的一端和所述次级谐振电容的一端串接，所述次级谐振电感的另一端与所述AC-DC转换器的其中一输入端电连接并共地；所述次级谐振电容的另一端与AC-DC转换器的另一输入端电连接；所述栅极控制电路的输出端与所述MOS晶体管的栅极电连接；所述MOS晶体管的漏极电连接于所述次级谐振电容和所述AC-DC转换器相互连接的一端之间，源极电连接于所述次级谐振电感和所述AC-DC转换器的共地端；所述电流检测器的输入端感应所述次级谐振电路的次级电流大小，输出端与所述栅极控制电路的输入端连接；所述电流检测器根据输入端感应的次级电流大小，输出负载通断控制信号到所述栅极控制电路，控制所述MOS晶体管的通断，用于实现负载的短路或接入。所述的无线充电系统的能量传输系统，其中，所述A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线充电系统的能量传输系统，其特征在于，所述无线充电系统包括发射端和多个接收端，发射端通过发射线圈发射信号到已完成认证连接的多个接收端；发射端通过接收端的ID号进行识别认证，判断处于无线充电范围内的接收端是否已授权的接收端；所述能量传输系统包括：发射电路和接收电路；传输频段在1.2HZ‑5.8GHZ之间；传输频段的大小根据接收端与发射端的距离以及接收端与发射端之间的障碍物情况进行选择；发射端根据预先设置的距离、障碍物与传输频段的对应关系自动识别和选择传输频段；所述发射电路包括：供电电路、栅极驱动控制电路、功率放大器、初级谐振电路和数据检测单元；所述供电电路分别与所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器连接，用于为所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器进行供电；所述功率放大器的输入端与所述栅极驱动控制电路的输出端电连接，输出端与所述初级谐振电路串接，所述功率放大器用于对输入信号进行放大处理，并输出到所述初级谐振电路中；所述初级谐振电路用于将能量发射到所述接收电路；所述数据检测单元分别与所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器连接，用于感应所述初级谐振电路的初级电流变化，并根据初级电流和预输入的门限电压处理得到功率通断控制信号，并输出至所述栅极驱动控制电路，由所述栅极驱动控制电路根据所述功率通断控制信号控制所述功率放大器的工作状态；所述接收电路包括：次级谐振电路、AC‑DC转换器、储能控制单元和电流检测单元；所述次级谐振电路与所述初级谐振电路通过磁场耦合，用于接收由所述初级谐振电路发射的能量；所述AC‑DC转换器的输入端与所述次级谐振电路的输出端电连接，输出端用于接入负载；所述储能控制单元并联连接于所述次级谐振电路和所述AC‑DC转换器之间；所述电流检测单元用于检测所述次级谐振电路的次级电流大小，并根据次级电流和预设的电流峰值处理得到负载通断控制信号，并输出至所述储能控制单元，通过所述储能控制单元控制负载的接入或短路。...

【技术特征摘要】
1.一种无线充电系统的能量传输系统，其特征在于，所述无线充电系统包括发射端和多个接收端，发射端通过发射线圈发射信号到已完成认证连接的多个接收端；发射端通过接收端的ID号进行识别认证，判断处于无线充电范围内的接收端是否已授权的接收端；所述能量传输系统包括：发射电路和接收电路；传输频段在1.2HZ-5.8GHZ之间；传输频段的大小根据接收端与发射端的距离以及接收端与发射端之间的障碍物情况进行选择；发射端根据预先设置的距离、障碍物与传输频段的对应关系自动识别和选择传输频段；所述发射电路包括：供电电路、栅极驱动控制电路、功率放大器、初级谐振电路和数据检测单元；所述供电电路分别与所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器连接，用于为所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器进行供电；所述功率放大器的输入端与所述栅极驱动控制电路的输出端电连接，输出端与所述初级谐振电路串接，所述功率放大器用于对输入信号进行放大处理，并输出到所述初级谐振电路中；所述初级谐振电路用于将能量发射到所述接收电路；所述数据检测单元分别与所述栅极驱动控制电路和所述功率放大器连接，用于感应所述初级谐振电路的初级电流变化，并根据初级电流和预输入的门限电压处理得到功率通断控制信号，并输出至所述栅极驱动控制电路，由所述栅极驱动控制电路根据所述功率通断控制信号控制所述功率放大器的工作状态；所述接收电路包括：次级谐振电路、AC-DC转换器、储能控制单元和电流检测单元；所述次级谐振电路与所述初级谐振电路通过磁场耦合，用于接收由所述初级谐振电路发射的能量；所述AC-DC转换器的输入端与所述次级谐振电路的输出端电连接，输出端用于接入负载；所述储能控制单元并联连接于所述次级谐振电路和所述AC-DC转换器之间；所述电流检测单元用于检测所述次级谐振电路的次级电流大小，并根据次级电流和预设的电流峰值处理得到负载通断控制信号，并输出至所述储能控制单元，通过所述储能控制单元控制负载的接入或短路。2.根据权利要求1所述的无线充电系统的能量传输系统，其特征在于，所述供电电路由电池和电池管理单元组成；所述栅极驱动控制电路由栅极驱动电路和死区时间控制电路组成；所述功率放大器为D类功率放大器；所述初级谐振电路包括初级谐振电容和初级谐振电感；所述数据检测单元包括感应线圈和电流传感器。3.根据权利要求2所述的无线充电系统的能量传输系统，其特征在于，所述栅极驱动电路的电源输入端与所述供电电路的电源输出端电连接，输出端与所述D类功率放大器的输入端电连接，控制端与所述死区时间控制电路的输出端电连接；所述功率放大器的电源输入端与所述供电电路的电源输出端电连接，其中一输出端与所述初级谐振电容的一端串接，另一输出端与所述初级谐振电感一端串接并共地；所述初级谐振电容的另一端和所述初级谐振电感的另一端串接；所述感应线圈感应所述初级谐振电路的初级电流变化，且所述感应线圈的感应输出端与所述电流传感器的信号输入端电连接；所述电流传感器的控制输出端与所述死区时间控制电路的输入端电连接，且所述电流传感器根据所述感应线圈检测得到的信号进行处理，获得功率通断控制信号，由所述死区时间控制电路根据所述功率通断控制信号，通过所述栅极驱动电路控制所述D类功率放大器的导通或截止。4.根据权利要求3所述的无线充电系统的能量传输系统，其特征在于，所述电流传感器包括：包络检波器、带通滤波器、迟滞比较器和分压器；所述包络检波器的输入端与所述感应线圈的感应输出端电连接，输出端与所述带通滤波器的输入端电连接；所述迟滞比较器的信号输入端和门限电压输入端分别与所述带通滤波器的输出端和所述分压器的输出端电连接，输出端与所述死区时间控制电路的输入端电连接；所述分压器的电源输入端与所述供电电路电源输出端电连接，且所述分压器为所述迟滞比较器提供门限电压；所述包络检波器对由所述感应线圈输入的电压信号进行包络检测处理后，由所述带通滤波器进行滤波处理，并输出处理后的电压信号至所述迟滞比较器；所述迟滞比较器比较根据接收到的电压信号和门限电压，得到并输出所述功率通断控制信号。5.根据权利要求1所述的无线充电系统的能量传输系统，其特征在于，所述次级谐振电路包括：次级谐振电感和次级谐振电容；所述储能控制单元包括栅极控制电路和MOS晶体管；所述电流检测单元为电流检测器。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子震，
申请(专利权)人：深圳市汇森无线传输有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44