動態負載切換的控制方法及系統的制作方法

動態負載切換的控制方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種動態負載切換的控制方法及系統，發射端以軟開關方式控制諧振電路工作；當接收端將要進行負載切換時，向發射端發送通訊信息；當發射端接收到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端控制參數進行調節并在預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作；在所述第一預定時間段內，接收端負載完成相應動作切換；其中，所述通訊信息包括負載將要執行的切換動作指令，所述預定時間段指發射端接收到通訊信息到硬開關控制方式結束的時間。利用軟開關和硬開關相結合的方式控制諧振電路工作的方式，消除了接收端負載突變時對諧振系統的影響，在保證系統高效傳輸的情況下，提高系統的穩定性及安全性。
【專利說明】動態負載切換的控制方法及系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線電能傳輸領域，尤其涉及一種動態負載切換的控制方法及系統。

【背景技術】
[0002] 無線電能傳輸系統工作頻率有以下兩種控制方式：軟開關控制和硬開關控制，軟 開關控制是指用大功率可控硅等半導體元件控制電器采用零電壓切換或者零電流切換的 方式工作，系統工作頻率跟蹤諧振系統工作頻率，以期達到系統高效率；硬開關控制是指器 件在電壓不為零或者電流不為零的情況下進行切換的工作方式，系統開關耗損大，以犧牲 系統工作效率，提高系統穩定性。
[0003] 當單純的采用軟開關控制方式對諧振系統頻率進行控制時，在動態負載切換或者 負載功率突變時，諧振系統會受到負載突變的影響，導致系統工作失諧，引起系統工作不穩 定，嚴重的會導致元器件損壞。當單純的采用硬開關控制方式對諧振系統頻率進行控制時， 系統效率相較于軟開關控制較低，且開關管損耗大，影響系統主要元器件使用壽命。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種動態負載切換的控制方法及系統，發射器 在動態負載切換或者負載自身功率切換時，轉換軟開關工作方式為硬開關工作，在負載切 換完畢后再轉換為軟開關控制，以實現無線電力傳輸系統在動態負載切換時的穩定工作。
[0005] 為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的：
[0006] -種動態負載切換的控制方法，該方法包括：
[0007] 發射端以軟開關方式控制諧振電路工作；
[0008] 當接收端將要進行負載切換時，向發射端發送通訊信息；
[0009] 當發射端接收到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端控制參數 進行調節并在第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作；
[0010] 在所述第一預定時間段內，接收端負載完成相應動作切換；
[0011] 其中，所述通訊信息包括接收端負載將要執行的切換動作指令，所述第一預定時 間段指發射端接收到通訊信息至硬開關控制方式結束的時間。
[0012] 進一步地，當所述發射端在所述第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工 作結束時，發射端切換成軟開關方式控制諧振電路工作。
[0013] 進一步地，當接收端將要進行負載切換時，根據第二預定時間段進行延時并在第 三預定時間段內將負載將要執行的切換動作指令發送到發射端；當按照所述第二預定時間 段延時結束時，負載響應相應切換動作；
[0014] 其中，所述第二預定時間段指接收端接收到切換動作指令至負載響應相應切換動 作的時間；所述第三預定時間段指接收端接收到切換動作指令至將所述切換動作指令發送 到發射端的時間；
[0015] 所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段，所述第三預定時間段小于所述第 二預定時間段。
[0016] 進一步地，所述發射端與接收端通過專用的通訊信道或者感應耦合信道傳輸通訊 信息。
[0017] 進一步地，當所述發射端接收到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對 發射端控制參數進行調節并在第一預定時間段內按照相應頻率以硬開關方式控制諧振電 路工作。
[0018] 相應地，本發明還公開一種動態負載切換的控制系統，所述系統包括發射端和接 收端，發射端通過感應耦合通道向接收端傳輸電能，
[0019] 其中，發射端以軟開關方式控制諧振電路工作；當接收端將要進行負載切換時，向 發射端發送通訊信息；當發射端接收到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發 射端控制參數進行調節并在第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作；在所述第 一預定時間段內，接收端負載完成相應動作切換；
[0020] 其中，所述通訊信息包括接收端負載將要執行的切換動作指令，所述第一預定時 間段指發射端接收到通訊信息至硬開關控制方式結束的時間。
[0021] 進一步地，當所述發射端在所述第一預定時間段內以相應硬開關方式控制諧振電 路工作結束時，發射端切換成軟開關方式控制諧振電路工作。
[0022] 進一步地，當接收端將要進行負載切換時，根據第二預定時間段進行延時并在第 三預定時間段內將所述負載將要執行的切換動作指令發送到發射端；當按照所述第二預定 時間段延時結束時，負載響應相應切換動作；
[0023] 其中，所述第二預定時間段指接收端接收到切換動作指令至負載響應相應切換動 作的時間；所述第三預定時間段指接收端接收到切換動作指令至將所述切換動作指令發送 到發射端的時間；
[0024] 所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段，所述第三預定時間段小于所述第 二預定時間段。
[0025] 進一步地，所述發射端與接收端通過專用的通訊信道或者感應耦合信道傳輸通訊 信息。
[0026] 進一步地，當發射端接收到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射 端控制參數進行調節并在第一預定時間段內按照相應頻率以硬開關方式控制諧振電路工 作。
[0027] 采用本發明的技術方案，在無線電能傳輸系統接收端負載突變時，對發射端參數 進行提前調節，在軟開關工作過程中加入調整參數的硬開關工作時段，消除接收端負載突 變時對諧振系統的影響，提高系統工作穩定性及安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明實施例提供的負載動態切換的控制方法流程圖；
[0029] 圖2為本發明實施例提供的發射端進行負載切換的流程圖；
[0030] 圖3為本發明實施例提供的接收端進行負載切換的流程圖；
[0031] 圖4為本發明動態負載切換時間示意圖；
[0032] 圖5為本發明實施例提供的動態負載切換的控制系統結構框圖。

【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。此處所描述的具體實施例僅用于 解釋本發明，而非對本發明的限定。
[0034] 圖1為本發明實施例提供的負載動態切換的控制方法流程圖。本實施例中該方法 應用于無線電能傳輸系統中。
[0035] 無線電能傳輸系統包括發射端和接收端。發射端與接收端之間通過感應耦合建立 連接，進行無線電能傳輸，接收端為負載供電。這里需要說明的是，本實施例中，無線電能傳 輸系統包括的主要功能單元與現有技術是相同或相近的。發射端包括發射電路(包括發射 線圈)、諧振電路和控制電路；接收端包括接收電路(包括接收線圈）。本領域普通技術人員 容易知道，所述各電路單元組成可能采用的實現方式不同。例如原邊和副邊諧振電路可以 選擇由一組電容、電阻和電感器件組成，也可以選擇其他可替代方案。
[0036] 具體流程如下：
[0037] 發射端以軟開關方式控制諧振電路工作，向接收端傳輸電能；
[0038] 當接收端將要進行負載切換時，接收端按照第二預定時間段進行延時并在第三預 定時間段內向發射端發送通訊信息；
[0039] 發射端接收到接收端發送的通訊信息，根據所述通訊信息調整諧振電路的控制參 數，在第一預定時間段內將軟開關方式切換為硬開關方式控制諧振電路工作，向接收端傳 輸電能；
[0040] 在所述第一預定時間段內，接收端完成相應切換動作；
[0041] 其中，所述通訊信息包括接收端負載將要執行的切換動作指令。所述第一預定時 間段指發射端接收到通訊信息至硬開關控制方式結束的時間。
[0042] 所述第二預定時間段指接收端接收到切換動作指令至負載響應相應切換動作的 時間；所述第三預定時間段指接收端接收到切換動作指令至將所述切換動作指令發送到發 射端的時間；
[0043] 所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段，所述第三預定時間段小于所述第 二預定時間段。
[0044] 此外，在上述步驟基礎上還包括，當所述發射端在所述第一預定時間段內以硬開 關方式控制諧振電路工作結束時，發射端切換成軟開關方式控制諧振電路工作。
[0045] 本實施例所述的方法，利用軟開關控制和硬開關控制相結合的方式，保證在負載 動態切換的時，系統穩定性高，且最大限度的保證較高的傳輸效率。
[0046] 圖2為本發明實施例提供的發射端進行負載切換的流程圖。如圖2所示，具體流 程包括：
[0047] 步驟201 :無線電能發射端以軟開關方式控制諧振電路工作。
[0048] 無線電能發射端以軟開關方式控制諧振電路工作，以使負載端頻率滿足系統諧振 頻率，能夠保證高效傳輸。
[0049] 步驟202 :檢測發射端是否接收到接收端發送的通訊信息，如是，執行步驟203 ;否 貝1J，執行步驟201。
[0050] 現有的無線電能傳輸通常為單向傳輸方式，接收端通過感應耦合的方式獲取發射 端發出的信號，為負載提供電源。本實施例中，由于涉及到發射端與接收端之間的信息交 互，因此，需要對發射端與接收端之間的通訊進行設置。對于發射端與接收端之間通訊的方 式可以根據實際需要進行選擇。例如，可以通過共用感應耦合傳輸通道的方式完成雙方數 據交互。當然，為了實現發射端和接收端數據交互，需要對無線電能傳輸通道上傳輸信號的 類型及時間進行控制。另外，為了避免單向無線傳輸信道上產生信號干擾，還可以采用發射 端與接收端通過專用通訊信道傳輸通訊信息，所述專用通訊信道與所述感應耦合傳輸信道 不同。發射端與接收端通過專用通訊信道以無線方式進行信息傳輸。
[0051] 所述通訊信息是指接收端負載將要執行的切換動作指令等。例如，負載將要由待 機狀態切換到工作狀態，或者由工作狀態切換到待機狀態，或者，負載端功率需要進行調整 等。
[0052] 當接收端負載接收到將要執行的切換動作指令時，將所述負載將要執行的切換動 作指令發送到發射端。
[0053] 步驟203 :根據所述通訊信息對發射端控制參數進行調節并在第一預定時間段內 以硬開關方式控制諧振電路工作。
[0054] 由于諧振電路會受到負載突變的影響，因此發射端接收到接收端發送的通訊信息 后，根據通訊信息對系統諧振參數進行調整，以適應負載端的功率要求。負載切換時，對于 諧振電路參數影響較大，如果繼續以軟開關方式控制諧振電路工作，容易導致諧振電路工 作失諧。因此，發射端在接收到通訊信息后，會在第一預定時間段內通過硬開關方式控制諧 振電路工作以適應負載切換時，對諧振電路產生的影響。
[0055] 這里需要說明的是，所述第一預定時間段可由發射端控制器設置完成，也可以由 操作者通過設置按鍵完成設置。對于所述第一預定時間段參數設置可根據需要進行設置。
[0056] 步驟204 :系統以硬開關方式工作。
[0057] 發射端切換到硬開關方式控制諧振電路工作。其中，所述硬開關方式是根據通訊 信息選擇相應頻率值控制諧振電路工作。所述頻率值是根據負載不同功率情況下預先設定 的。硬開關方式能夠使得諧振電路短時間內完成參數調整，提高了諧振電路的穩定性。
[0058] 步驟205 :檢測發射裝置在所述第一預定時間段內以相應硬開關方式控制諧振系 統工作是否結束，如是，執行步驟201 ;否則，執行步驟204。
[0059] 在所述第一預定時間段內，發射端以相應硬開關方式控制諧振系統工作。在所 述第一預定時間段內，負載完成相應動作切換，并且當所述發射端在所述第一預定時間段 內以相應硬開關方式控制諧振電路工作結束時，發射端切換成軟開關方式控制諧振電路工 作。
[0060] 圖2是從發射端的角度對于負載動態切換流程的描述。圖3本發明實施例提供的 負載進行動態切換的流程圖。如圖3所示，具體流程包括：
[0061] 步驟301 :接收端負載處于待機或者工作狀態。
[0062] 步驟302 :檢測負載是否將要執行切換動作指令。
[0063] 這里需要說明的是，負載是否執行切換動作指令是由負載主控芯片中設定的執行 流程確定的。當然，最終選擇哪個負載工作是由操作者設定的。所述負載將要執行的切換 動作指令包括由待機狀態切換到工作狀態，或者由工作狀態切換到待機狀態，或者完成自 身功率的切換等。
[0064] 步驟303 :根據第二預定時間段進行延時并在第三預定時間段內將所述切換動作 指令發送到無線電能發射端。
[0065]負載主控芯片將負載將要執行的切換動作指令發送到接收端，當接收端負載接收 到將要執行的切換動作指令時，根據操作者設定的第二預定時間段進行延時同時在第三預 定時間段內將所述負載將要執行的切換動作指令發送到發射端。
[0066] 其中，所述第二預定時間段指接收端接收到切換動作指令至負載響應相應切換動 作的時間；所述第三預定時間段指接收端接收到切換動作指令至將所述切換動作指令發送 到發射端的時間；
[0067] 所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段，所述第三預定時間段小于所述第 二預定時間段。
[0068] 第二預定時間段大于第三預定時間段保證在負載響應切換動作之前，將負載將要 執行的切換動作指令發送到發射端，保證發射端提前完成控制參數調節。
[0069] 步驟304 :按照第二預定時間段繼續延時。
[0070] 步驟305 :第二預定時間段延時結束，響應操作指令。
[0071] 第二預定時間段結束時，發射端已經將諧振電路頻率調整到了負載切換動作需要 的頻率，此時負載完成相應動作切換。所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段，即發 射端在所述第一預定時間段內按照響應頻率以硬開關方式控制諧振電路工作結束時，已經 完成負載動作切換。為了兼顧系統高效傳輸的要求，發射端將硬開關方式再切換成軟開關 方式控制諧振電路工作，整個切換過程保證負載動作切換時，發射端是以硬開關方式控制 諧振電路工作的，提高了系統的穩定性。
[0072] 圖4為本發明動態負載切換的時間示意圖。如圖4所示，接收端接收到切換動作 指令時，根據第二預定時間段T2進行延時，待T2時間段結束后再執行切換動作。同時接收 到切換動作指令時，需要將所述負載將要執行的切換動作指令發送到發射端。所述第三預 定時間段T3是指從接收端接收到切換動作指令開始發送相關信息，到發射端接收到該信 息的時間段，是為了防止通訊信息傳輸延時過長，導致通訊信息沒有及時傳輸到發射端，無 法提前完成發射端控制參數調節。發射端以軟開關方式控制諧振電路工作，當發射端接收 到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端控制參數進行調節，并在第一預 定時間段T1內持續以硬開關方式控制諧振電路工作，第一預定時間段T1指發射端接收到 通訊信息至硬開關控制方式結束的時間；在所述第一預定時間段T1內，負載完成相應動作 切換；
[0073] 其中，第一預定時間段T1大于第二預定時間段T2,能夠保證負載在進行動作切換 完成后，發射端還是以硬開關方式控制諧振電路工作，能夠保證系統的穩定性。當所述發射 端在所述第一預定時間段內以相應硬開關方式控制諧振電路工作結束時，切換成軟開關方 式控制諧振電路工作。
[0074] 圖5為本發明實施例提供的動態負載切換的控制系統結構框圖。如圖5所示，所 述系統包括發射端501和接收端502,發射端501通過感應耦合信道向接收端502傳輸電 能，接收端502為負載503供電，
[0075] 其中，所述發射端501與接收端502通過感應稱合建立連接，進行無線電能傳輸； 發射端501以軟開關方式控制諧振電路工作；當接收端502將要進行負載切換時，向發射端 501發送通訊信息；當發射端501接收到接收端502發送的通訊信息時，根據所述通訊信息 對發射端501控制參數進行調節并在第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作； 在所述第一預定時間段內，接收端負載完成相應動作切換；
[0076] 其中，所述通訊信息包括負載將要執行的切換動作指令，所述第一預定時間段指 發射端接收到通訊信息至硬開關控制方式結束的時間。
[0077] 這里需要說明的是，本實施例中，無線電能傳輸系統包括的主要功能單元與現有 技術是相同的。發射端包括發射電路(包括發射線圈)、諧振電路和控制電路；接收端包括接 收電路(包括接收線圈)。本領域普通技術人員容易知道，所述各電路單元組成采用的實現 方式不同。例如原邊和副邊諧振電路可以選擇由一組電容、電阻和電感器件組成，也可以選 擇其他可替代方案。
[0078] 當所述發射端501在所述第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作結 束時，發射端切換成軟開關方式控制諧振電路工作。
[0079] 當接收端502將要進行負載切換時，根據第二預定時間段進行延時并并在第三預 定時間段內將所述負載將要執行的切換動作指令發送到發射端；當接收端按照第二預定時 間段延時結束時，負載響應相應切換動作；
[0080] 其中，所述第二預定時間段指接收端接收到切換動作指令至負載響應相應切換動 作的時間；所述第三預定時間段指接收端接收到切換動作指令至將所述切換動作指令發送 到發射端的時間；所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段。
[0081] 本實施例所述系統由于涉及到發射端與接收端之間的信息交互，因此，需要對發 射端與接收端之間的通訊進行設置。對于發射端與接收端之間通訊的方式可以根據實際需 要進行選擇。例如，可以通過共用所述無線電能傳輸通道的方式完成雙方數據交互。當然， 為了實現發射端和接收端數據交互，需要對無線電能傳輸通道上傳輸信號的類型及時間進 行控制。另外，為了避免單向無線傳輸信道上產生信號干擾，還可以采用發射端與接收端通 過專用通訊信道傳輸通訊信息，所述專用通訊信道與所述無線電能傳輸信道不同。發射端 與接收端通過專用通訊信道以有線或者無線方式進行信息傳輸。
[0082] 當發射端501接收到接收端502發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端 控制參數進行調節并在第一預定時間段內按照相應頻率以硬開關方式控制諧振電路工作。
[0083] 本實施例所述系統中，發射端利用軟開關控制和硬開關控制相結合的方式控制諧 振電路工作，保證發射端絕大多數時間工作在軟開關狀態下，當動態負載切換時控制發射 端工作在硬開關狀態，在保證系統高效傳輸的情況下，提高了系統運行穩定性，消除因動態 負載切換引起的系統失諧。
[0084] 上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理，任何熟悉本【技術領域】的技術人 員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍 內。
【權利要求】
1. 一種動態負載切換的控制方法，其特征在于，該方法包括： 發射端以軟開關方式控制諧振電路工作； 當接收端將要進行負載切換時，向發射端發送通訊信息； 當發射端接收到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端控制參數進行 調節并在第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作； 在所述第一預定時間段內，接收端負載完成相應動作切換； 其中，所述通訊信息包括接收端負載將要執行的切換動作指令，所述第一預定時間段 指發射端接收到通訊信息至硬開關控制方式結束的時間。
2. 根據權利要求1所述的動態負載切換的控制方法，其特征在于，當所述發射端在所 述第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作結束時，發射端切換成軟開關方式控 制諧振電路工作。
3. 根據權利要求1所述的動態負載切換的控制方法，其特征在于，當接收端將要進行 負載切換時，根據第二預定時間段進行延時并在第三預定時間段內將負載將要執行的切 換動作指令發送到發射端；當按照所述第二預定時間段延時結束時，負載響應相應切換動 作； 其中，所述第二預定時間段指接收端接收到切換動作指令至負載響應相應切換動作的 時間；所述第三預定時間段指接收端接收到切換動作指令至將所述切換動作指令發送到發 射端的時間； 所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段，所述第三預定時間段小于所述第二預 定時間段。
4. 根據權利要求1所述的動態負載切換的控制方法，其特征在于，所述發射端與接收 端通過專用的通訊信道或者感應耦合信道傳輸通訊信息。
5. 根據權利要求1所述的動態負載切換的控制方法，其特征在于，當所述發射端接收 到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端控制參數進行調節并在第一預定 時間段內按照相應頻率以硬開關方式控制諧振電路工作。
6. -種動態負載切換的控制系統，其特征在于，所述系統包括發射端和接收端，發射端 通過感應耦合通道向接收端傳輸電能， 其中，發射端以軟開關方式控制諧振電路工作；當接收端將要進行負載切換時，向發射 端發送通訊信息；當發射端接收到接收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端 控制參數進行調節并在第一預定時間段內以硬開關方式控制諧振電路工作；在所述第一預 定時間段內，接收端負載完成相應動作切換； 其中，所述通訊信息包括接收端負載將要執行的切換動作指令，所述第一預定時間段 指發射端接收到通訊信息至硬開關控制方式結束的時間。
7. 根據權利要求6所述的動態負載切換的控制系統，其特征在于，當所述發射端在所 述第一預定時間段內以相應硬開關方式控制諧振電路工作結束時，發射端切換成軟開關方 式控制諧振電路工作。
8. 根據權利要求6所述的動態負載切換的控制系統，其特征在于，當接收端將要進行 負載切換時，根據第二預定時間段進行延時并在第三預定時間段內將所述負載將要執行的 切換動作指令發送到發射端；當按照所述第二預定時間段延時結束時，負載響應相應切換 動作； 其中，所述第二預定時間段指接收端接收到切換動作指令至負載響應相應切換動作的 時間；所述第三預定時間段指接收端接收到切換動作指令至將所述切換動作指令發送到發 射端的時間； 所述第二預定時間段小于所述第一預定時間段，所述第三預定時間段小于所述第二預 定時間段。
9. 根據權利要求6所述的動態負載切換的控制系統，其特征在于，所述發射端與接收 端通過專用的通訊信道或者感應耦合信道傳輸通訊信息。
10. 根據權利要求6所述的動態負載切換的控制系統，其特征在于，當發射端接收到接 收端發送的通訊信息時，根據所述通訊信息對發射端控制參數進行調節并在第一預定時間 段內按照相應頻率以硬開關方式控制諧振電路工作。
【文檔編號】H02J13/00GK104124779SQ201310157651
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月28日 優先權日:2013年4月28日
【發明者】李聃, 秦超, 龍海岸, 孫會, 婁兵兵 申請人:海爾集團技術研發中心, 海爾集團公司