远距离自适应功率输出的无线充电系统及电子设备技术方案

本实用新型专利技术公开了一种远距离自适应功率输出的无线充电系统及电子设备，包括发射单元和接收单元。发射单元包括发射主控模块、采集电路、谐振变换电路、发射线圈电路和直流电源，接收单元包括带谐振电容的接收线圈电路、整流滤波电路、电池信息采集模块和接收主控模块。通过FSK和ASK的方式实现发射单元和接收单元的交互，发射单元可以根据接收单元反馈的当前充电电池的实时状态调整输出功率，提高充电效率，还能够动态调整发射线圈电路的谐振频率，使发射单元处于谐振频率状态，能够减小能量损耗、提高传输效率。提高传输效率。提高传输效率。

【技术实现步骤摘要】
远距离自适应功率输出的无线充电系统及电子设备


[0001]本技术涉及无线充电领域，特别涉及一种远距离自适应功率输出的无线充电系统及电子设备。

技术介绍

[0002]无线电能传输可基于电磁效应和机械效应实现，以电磁效应实现无线传能的近场传输和远场传输是以能量的传输形式来划分的，远场无线传能通过电磁辐射或激光实现能量传输，其特点是传输距离大于传能电磁波信号的λ/2π；近场传能的电磁场能量会在发射源附件周期性地来回流动，对近场以外的距离不发射能量，电场耦合和磁场耦合是近场传能耦合的两种具体实现方式。机械效应无线传能利用机械震动在固体中进行能量传递，也有采用超声波通过空气震荡方式进行无线电能传输。
[0003]其中电场耦合是通过交变电场在接收和发送端的两极板电容间产生位移电流，完成非接触电能传输，缺点在于存在电场辐射，技术不成熟。磁场耦合目前分为电磁感应耦合和电磁谐振耦合两种方式，电磁感应耦合通过非接触的发送线圈和接收线圈的电磁感应耦合完成电磁场能量交换，经过整流滤波后在电容上得到直流电压，完成电能的传输，优点在于具有较大的传输功率范围；技术较为成熟，通过安全与市场的验证，成本较低；近距离传输效率高；工作频率低，缺点在于充电距离有限，一般是在厘米级，当距离变大时效率将急剧下滑；放置位置有一定限制。对发射端和接受端的位置对齐有较高的要求；金属异物等靠近易出现局部发热现象；电磁干扰与传输效率两者间存在着矛盾。而电磁谐振耦合是通过两个具有相同的谐振频率电磁耦合系统，在一定距离内，通过谐振方式对能量进行传输。其优点在于充电距离可在米级范围，效率相对较高，对发射端和接受端的位置要求不高，缺点在于对电力电子器件的要求较高，电能传输的效率对频率的要求敏感。
[0004]综上，现有的无线充电系统存在无线充电距离近、充电效率不高、充电线圈安装位置限制大、充电功率单一的问题。

技术实现思路

[0005]本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种远距离自适应功率输出的无线充电系统及电子设备，能够实现充电距离远、充电效率高、充电线圈安装位置限制小且充电功率可调。
[0006]根据本技术第一方面实施例的远距离自适应功率输出的无线充电系统，包括：发射单元，所述发射单元包括发射主控模块、采集电路、谐振变换电路、发射线圈电路和直流电源，所述发射主控模块连接谐振变换电路的控制端以用于生成FSK信号并通过SPWM信号调节谐振频率，所述谐振变换电路连接所述发射线圈电路，所述直流电源连接所述谐振变换电路的供电端，所述采集电路的输入端连接所述发射线圈电路，所述采集电路的输出端连接所述发射主控模块以用于反馈发射线圈电路的电流电压数据和接收的ASK信号；接收单元，所述接收单元包括带谐振电容的接收线圈电路、整流滤波电路、电池信息采集模
块和接收主控模块，所述接收线圈电路用于与发射线圈电路通过谐振耦合进行能量传输并接收FSK信号，所述接收线圈电路连接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出端用于连接电池，所述电池信息采集模块连接所述接收主控模块以用于采集并反馈电池信息，所述接收主控模块连接所述整流滤波电路的控制端以用于生成ASK信号，所述接收线圈电路连接所述接收主控模块以用于反馈接收的FSK信号。
[0007]根据本技术第一方面实施例的远距离自适应功率输出的无线充电系统，至少具有如下有益效果：
[0008]发射单元中的发射主控模块通过谐振变换电路产生FSK信号并通过发射线圈电路发出，向接收单元发送握手信息，接收线圈电路与发射线圈电路通过谐振耦合进行能量传输并接收FSK信号，接收主控模块将接收线圈电路接收的FSK信号进行解调后通过ASK方式向发射单元发送当前的充电功率、充电阶段等负载信息，发射主控模块根据接收的负载信息以SPWM方式驱动相应功率输出，并实时获取发射线圈电路的电流电压相位等信息，动态调整发射线圈电路的谐振频率，使发射单元处于谐振频率状态。
[0009]本申请采用电磁谐振耦合搭建充电电路，充电距离远且对发射端和接受端的位置要求不高，充电线圈安装位置限制小，并且通过FSK和ASK的方式实现发射单元和接收单元的交互，发射单元可以根据接收单元反馈的当前充电电池的实时状态调整输出功率，提高充电效率，还能够动态调整发射线圈电路的谐振频率，使发射单元处于谐振频率状态，能够减小能量损耗、提高传输效率。
[0010]根据本技术的一些实施例，所述谐振变换电路包括多路选择芯片U17、第一谐振电容电路和第二谐振电容电路，所述发射主控模块分别连接所述多路选择芯片U17的两个输入端，所述多路选择芯片U17的一个输出端连接所述第一谐振电容电路的输入端，所述多路选择芯片U17的另一个输出端连接所述第二谐振电容电路的输入端，所述第一谐振电容电路和第二谐振电容电路的输出端分别连接发射线圈电路。
[0011]根据本技术的一些实施例，所述发射线圈电路包括第一发射线圈电路和第二发射线圈电路，所述发射主控模块分别连接所述第一发射线圈电路和第二发射线圈电路的控制端,所述第一发射线圈电路通过多路选择芯片U17连接第一谐振电容电路，所述第二发射线圈电路通过多路选择芯片U17连接所述第二谐振电容电路。
[0012]根据本技术的一些实施例，所述第一发射线圈电路包括发射线圈W2、发射线圈W4、开关芯片U16、开关芯片U19、三极管Q4、三极管Q8、MOS管Q6、MOS管Q10和电源端VIN，所述发射主控模块连接所述MOS管Q6的栅极，所述MOS管Q6的源极接地，所述MOS管Q6的漏极分别连接所述MOS管Q10的栅极和所述三极管Q4的基极，所述三极管Q4的集电极连接所述开关芯片U16的控制端，所述电源端VIN分别连接所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q8的发射极、所述开关芯片U16的输入端和所述开关芯片U19的输入端，所述开关芯片U16的输出端连接发射线圈W2，所述MOS管Q10的源极接地，所述MOS管Q10的漏极连接所述三极管Q8的基极，所述三极管Q8的集电极连接所述开关芯片U19的控制端，所述开关芯片U19的输出端连接发射线圈W4，所述发射线圈W2和发射线圈W4皆连接第一谐振电容电路。
[0013]根据本技术的一些实施例，所述第二发射线圈电路包括发射线圈W1、发射线圈W3、开关芯片U15、开关芯片U18、三极管Q3、三极管Q7、MOS管Q5、MOS管Q9和电源端VIN，所述发射主控模块连接所述MOS管Q5的栅极，所述MOS管Q5的源极接地，所述MOS管Q5的漏极分
别连接所述MOS管Q9的栅极和所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接所述开关芯片U15的控制端，所述电源端VIN分别连接所述三极管Q3的发射极、所述三极管Q7的发射极、所述开关芯片U15的输入端和所述开关芯片U18的输入端，所述开关芯片U15的输出端连接发射线圈W1，所述MOS管Q9的源极接地，所述MOS管Q9的漏极连接所述三极管Q7的基极，所述三极管Q7的集电极连接所述开关芯片U18的控制端，所述开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远距离自适应功率输出的无线充电系统，其特征在于，包括：发射单元，所述发射单元包括发射主控模块、采集电路、谐振变换电路、发射线圈电路和直流电源，所述发射主控模块连接谐振变换电路的控制端以用于生成FSK信号并通过SPWM信号调节谐振频率，所述谐振变换电路连接所述发射线圈电路，所述直流电源连接所述谐振变换电路的供电端，所述采集电路的输入端连接所述发射线圈电路，所述采集电路的输出端连接所述发射主控模块以用于反馈发射线圈电路的电流和接收的ASK信号；接收单元，所述接收单元包括带谐振电容的接收线圈电路、整流滤波电路、电池信息采集模块和接收主控模块，所述接收线圈电路用于与发射线圈电路通过谐振耦合进行能量传输并接收FSK信号，所述接收线圈电路连接所述整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出端用于连接电池，所述电池信息采集模块连接所述接收主控模块以用于采集并反馈电池信息，所述接收主控模块连接所述整流滤波电路的控制端以用于生成ASK信号，所述接收线圈电路连接所述接收主控模块以用于反馈接收的FSK信号。2.根据权利要求1所述的远距离自适应功率输出的无线充电系统，其特征在于：所述谐振变换电路包括多路选择芯片U17、第一谐振电容电路和第二谐振电容电路，所述发射主控模块分别连接所述多路选择芯片U17的两个输入端，所述多路选择芯片U17的一个输出端连接所述第一谐振电容电路的输入端，所述多路选择芯片U17的另一个输出端连接所述第二谐振电容电路的输入端，所述第一谐振电容电路和第二谐振电容电路的输出端分别连接发射线圈电路。3.根据权利要求2所述的远距离自适应功率输出的无线充电系统，其特征在于：所述发射线圈电路包括第一发射线圈电路和第二发射线圈电路，所述发射主控模块分别连接所述第一发射线圈电路和第二发射线圈电路的控制端,所述第一发射线圈电路通过多路选择芯片U17连接第一谐振电容电路，所述第二发射线圈电路通过多路选择芯片U17连接所述第二谐振电容电路。4.根据权利要求3所述的远距离自适应功率输出的无线充电系统，其特征在于：所述第一发射线圈电路包括发射线圈W2、发射线圈W4、开关芯片U16、开关芯片U19、三极管Q4、三极管Q8、MOS管Q6、MOS管Q10和电源端VIN，所述发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄松，
申请(专利权)人：中科君浩集成电路深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：