一种用于移动终端的智能无线充电装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于移动终端的智能无线充电装置及其控制方法，包括建立无线能量传输的能量发送单元、能量接收单元，能量发送单元包括与供电电源的输出端相连接的有源功率因数校正变换单元，有源功率因数校正变换单元的输出端依次通过SiC MOSFET高频逆变网络、发送端补偿网络与发射线圈相连接，发射线圈做为能量发送单元的能量输出端；能量接收单元包括与发射线圈建立无线能量传输的接收线圈，接收线圈的输出端依次通过接收端补偿网络、整流滤波网络、DC/DC变换单元与移动终端的充电端相连接。本发明专利技术对需要充电的移动终端位置改变不敏感，传输损耗较小，稳定性较好，传输效率较高，人机交互友好。

An Intelligent Wireless Charging Device for Mobile Terminal and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于移动终端的智能无线充电装置及其控制方法
本专利技术涉及无线充电
，具体涉及一种用于移动终端的智能无线充电装置及其控制方法。
技术介绍
无线电能传输技术（WirelessPowerTransmission，以下简称WPT）或称非接触电能传输技术（ContactlessPowerTransmission，以下简称CPT），它一种借助于空间无形软介质（电场，磁场，微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种传输模式。由于该项技术具有无充电线、无充电接口、无接触火花等优点，可大大提高充电终端的可移动性、密封性和安全性，得到了广泛的应用。目前，根据无线电能传输原理，WPT技术主要分为三种：一种为电磁辐射WPT技术，另一种为磁场耦合WPT技术，其中磁场耦合WPT技术包括感应式WPT技术和共振式WPT技术两种，均存在局限性和不足性，具体描述如下：1）电磁辐射WPT技术：利用高频电磁波通过转换器将电能转为微波，经天线发射，经过远距离的传播后经过天线接收，再经过整流器将微波重新转换为电能的技术。该技术主要特点是工作频率较高、传输距离远、传输功率大，大范围空间传输，但是环境生物安全性低、传输效率低，不适用于中等距离移动终端充电场合。2）感应式WPT技术：是基于法拉第电磁感应原理，通过利用松耦合变压器，在近距离下进行无线电能传输的技术。如今，该项技术已经成熟的应用在生物医学、电子消费、交通运输等方面。该技术的工作特点为频率低、传输距离近、系统效率高。系统的传输效率是随传输距离增加而快速下降，并且对发送端和接收端线圈的错位十分灵敏。所以电磁感应式WPT技术仅适合于极短距离的电能传输。3）磁共振式WPT技术：利用两个具有相同固有频率的物体在简谐激励的作用下发生共振，实现能量的高效交换。相比电磁感应式WPT技术，它具有传输距离远、错位不敏感的能量传输特性；与微波式WPT技术相比，其工作频率较低，在生物安全性以及环境的影响大大减小。其中，磁共振式WPT技术作为近年来无线充电领域的重要发展方向，在实现中等距离无线电能传输上具有无可比拟的应用优势，可实现从毫瓦到千瓦穿透障碍物、安全无辐射、多终端电能传输。然而，磁共振式WPT充电系统在充电终端位置改变时，输出电压电流不稳定，直流母线电压波动造成后级DC/DC电路无法正常工作，高频逆变电源开关损耗大等问题，一直是制约该技术应用和发展的瓶颈。因此，如何克服磁共振式WPT技术在充电过程中存在的问题，是当前急需解决的。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服克服磁共振式WPT技术在充电过程中存在的问题。本专利技术的用于移动终端的智能无线充电装置及其控制方法，对需要充电的移动终端位置改变不敏感，传输损耗较小，稳定性较好，传输效率较高，人机交互友好，适用于中等距离、从毫瓦到千瓦、穿透非磁障碍物、安全无辐射、充电终端可移动位置充电，能够适应极端环境下工作要求，传输损耗小、效率高、性能稳定的充电方案，具有实用性、安全性、可靠性，能够推广应用于各种功率等级移动设备中等距离无线充电领域，具有良好的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于移动终端的智能无线充电装置，包括建立无线能量传输的能量发送单元、能量接收单元，所述能量发送单元，包括与供电电源的输出端相连接的有源功率因数校正变换单元，所述有源功率因数校正变换单元的输出端依次通过SiCMOSFET高频逆变网络、发送端补偿网络与发射线圈相连接，所述发射线圈做为能量发送单元的能量输出端；所述能量接收单元，包括与发射线圈建立无线能量传输的接收线圈，所述接收线圈的输出端依次通过接收端补偿网络、整流滤波网络、DC/DC变换单元与移动终端的充电端相连接。前述的用于移动终端的智能无线充电装置，所述能量发送单元，还包括发送端电流采样电路、发送端单片机控制器，所述发送端电流采样电路的输入端与发射线圈的输出端相连接，所述发送端电流采样电路的输出端与发送端单片机控制器的信号输入相连接，所述发送端单片机控制器的控制输出端通过供电继电器与供电电源的输出端相连接，所述发送端单片机控制器还与发送端无线通信模块相连接。前述的用于移动终端的智能无线充电装置，所述能量接收单元，还包括直流母线电压采样电路、接收端单片机控制器、接收端电流采样电路、接收端电压采样电路，所述DC/DC变换单元的输入端通过直流母线电压采样电路与接收端单片机控制器相连接，所述DC/DC变换单元的输出端通过接收端电流采样电路与接收端单片机控制器相连接，所述DC/DC变换单元的输出端还通过接收端电压采样电路与接收端单片机控制器相连接，所述接收端单片机控制器相还与接收端无线通信模块相连接。前述的用于移动终端的智能无线充电装置，所述有源功率因数校正变换单元内设置有CCM型Boost平均电流控制有源功率因数校正电路。前述的用于移动终端的智能无线充电装置，所述SiCMOSFET高频逆变网络内设置双SiCMOSFET推挽多谐振电路，并采用SCT3030KL型号的N沟道SiC功率MOSFET。前述的用于移动终端的智能无线充电装置，所述发送端补偿网络、接收端补偿网络均采用并串补偿方式，所述DC/DC变换单元采用串并联半桥LLC谐振变换器。前述的用于移动终端的智能无线充电装置，所述发射线圈5、接收线圈10均为空间型螺旋线圈，并采用3×Φ1.3mm的漆包线，绕圆筒式绕3匝制成，所述绕圆筒的直径为15cm。一种用于移动终端的智能无线充电装置控制方法，包括本地充电控制策略、遥控充电控制策略，所述括本地充电控制策略，包括以下步骤：（A1），发送端单片机控制器实时通过发送端电流采样电路监测发射线圈的电流值，当发射线圈的电流值小于设定的电流阈值，则能量发送单元处于空载状态，未进行充电，通过发送端单片机控制器发出停止供电指令，控制供电继电器关闭供电电源；若发射线圈的电流值大于设定的电流阈值，则执行（A2）；（A2），判定发射线圈工作异常，发送端单片机控制器发出停止供电指令，通过控制供电继电器关闭向有源功率因数校正变换单元的供电；（A3），接收端单片机控制器通过直流母线电压采样电路实时监测整流滤波网络后的直流母线电压发生波动，并将直流母线电压波动信号通过接收端无线通信模块、发送端无线通信模块发送给发送端单片机控制器，若直流母线电压波动信号超过设定的直流母线电压阈值，则执行（A4）；（A4），判定直流母线电压波动超标，发送端单片机控制器发出停止供电指令，通过控制供电继电器关闭向有源功率因数校正变换单元的供电，完成直流母线电压的闭环控制；（A5），接收端单片机控制器通过接收端电流采样电路、接收端电压采样电路实时监测DC/DC变换单元输出的充电电流、充电电压，根据检测到的充电电流、充电电压数值输出驱动控制信号给DC/DC变换单元，完成充电电压和电流的双闭环控制，实现本地的恒压和恒流充电；所述遥控充电控制策略，包括以下步骤：（B1），接收端单片机控制器将通过接收端电流采样电路、接收端电压采样电路实时监测到的充电电流、充电电压数值，通过接收端无线通信模块发送给用户的手机；（B2），用户通过手机APP，显示充电电压的波形、充电电流的波形、充电时间、当前充电电压值、当前充电电流值、充电功率数值；（B3），用户通过手机APP，发送充电开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：包括建立无线能量传输的能量发送单元、能量接收单元，所述能量发送单元，包括与供电电源（1）的输出端相连接的有源功率因数校正变换单元（2），所述有源功率因数校正变换单元（2）的输出端依次通过SiC MOSFET高频逆变网络（3）、发送端补偿网络（4）与发射线圈（5）相连接，所述发射线圈（5）做为能量发送单元的能量输出端；所述能量接收单元，包括与发射线圈（5）建立无线能量传输的接收线圈（10），所述接收线圈（10）的输出端依次通过接收端补偿网络（11）、整流滤波网络（12）、DC/DC变换单元（13）与移动终端（19）的充电端相连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：包括建立无线能量传输的能量发送单元、能量接收单元，所述能量发送单元，包括与供电电源（1）的输出端相连接的有源功率因数校正变换单元（2），所述有源功率因数校正变换单元（2）的输出端依次通过SiCMOSFET高频逆变网络（3）、发送端补偿网络（4）与发射线圈（5）相连接，所述发射线圈（5）做为能量发送单元的能量输出端；所述能量接收单元，包括与发射线圈（5）建立无线能量传输的接收线圈（10），所述接收线圈（10）的输出端依次通过接收端补偿网络（11）、整流滤波网络（12）、DC/DC变换单元（13）与移动终端（19）的充电端相连接。2.根据权利要求1所述的用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：所述能量发送单元，还包括发送端电流采样电路（6）、发送端单片机控制器（7），所述发送端电流采样电路（6）的输入端与发射线圈（5）的输出端相连接，所述发送端电流采样电路（6）的输出端与发送端单片机控制器（7）的信号输入相连接，所述发送端单片机控制器（7）的控制输出端通过供电继电器（8）与供电电源（1）的输出端相连接，所述发送端单片机控制器（7）还与发送端无线通信模块（9）相连接。3.根据权利要求2所述的用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：所述能量接收单元，还包括直流母线电压采样电路（14）、接收端单片机控制器（15）、接收端电流采样电路（17）、接收端电压采样电路（18），所述DC/DC变换单元（13）的输入端通过直流母线电压采样电路（14）与接收端单片机控制器（15）相连接，所述DC/DC变换单元（13）的输出端通过接收端电流采样电路（17）与接收端单片机控制器（15）相连接，所述DC/DC变换单元（13）的输出端还通过接收端电压采样电路（18）与接收端单片机控制器（15）相连接，所述接收端单片机控制器（15）相还与接收端无线通信模块（16）相连接。4.根据权利要求1所述的用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：所述有源功率因数校正变换单元（2）内设置有CCM型Boost平均电流控制有源功率因数校正电路。5.根据权利要求1所述的用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：所述SiCMOSFET高频逆变网络（3）内设置双SiCMOSFET推挽多谐振电路，并采用SCT3030KL型号的N沟道SiC功率MOSFET。6.根据权利要求1所述的用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：所述发送端补偿网络（4）、接收端补偿网络（11）均采用并串补偿方式，所述DC/DC变换单元（13）采用串并联半桥LLC谐振变换器。7.根据权利要求1所述的用于移动终端的智能无线充电装置，其特征在于：所述发射线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈姝，贾永兴，李凯，李昌泽，许凤慧，黄颖，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32