無線電能傳輸系統的制作方法

本實用新型屬于無線電傳輸領域，尤其涉及一種可自調節系統速率的無線電能傳輸系統。

背景技術：

近年來，無線充電技術發展迅速，因其非接觸、無電線連接、操作方便等特性，備受各廠商關注，各種各樣的無線充電產品也相繼問世。從整體上看，一個完整的無線充電系統包括兩部分：無線電能發射端和無線電能接收端，而無線電能發射端和無線電能接收端通過磁場來傳遞能量，兩者之間不用電線連接，無線電能發射端要獲取無線電能接收端狀態信息并進行能量傳輸的調節，就必須從接收端傳送控制訊號到發射端再經解析后進行控制形成一個控制回路，信號的傳送則由無線通信系統來完成。

當電能和信號同時傳輸時，一方面電能傳輸諧振系統形成的電磁場，會通過空間輻射對通信信號產生干擾；另一方面，由于通信控制回路所需的供電電壓是電能傳輸電路產生的，電能傳輸過程中產生的噪聲會通過線路連接竄到通信回路，噪聲信號的干擾極容易使通信中斷。一旦通信中斷，系統的反饋回路斷開變成開環系統，負載變化時，發射端無法根據負載變化及時進行調節，發射端輸出功率與接收端的需求不匹配，系統就會出現欠壓、過壓、過流等現象，無法正常工作，嚴重時還會燒壞器件。

技術實現要素：

為了解決以上問題，本實用新型提供了一種無線電能傳輸系統和無線電能傳輸控制方法，該實用新型根據負載的變化進而調節系統的速率，提高了無線電能傳輸系統的抗干擾能力。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案為：

一種無線電能傳輸系統，包括連接電網的無線發射端，以及可與無線發射 端實現電能和通訊信號傳輸的無線接收端，無線發射端包括順次串聯的發射端整流濾波電路、逆變電路以及發射線圈，無線接收端包括順次串聯的接收線圈、接收端整流濾波電路、DC/DC變換電路，無線發射端還包括電連接逆變電路的發射端MCU，以及可接收無線接收端通信信號的無線通信接收模塊，無線通信接收模塊連接發射端MCU,以將從無線接收端接收的通信信號發送至發射端MCU；

無線接收端還包括接收端MCU，連接接收端整流濾波電路輸出端的整流電壓采樣電路，連接DC/DC變換電路輸出端的輸出功率采樣模塊用來采集輸出電壓和輸出電流信號，以及發射通信信號的無線通信發射模塊，其中，整流電壓采樣電路和輸出功率采樣模塊的輸出端都連接到接收端MCU；

整流電壓采樣電路采集整流后的電壓信號送到接收端MCU，再經過無線通信發射模塊和無線通信接收模塊傳送到發射端MCU，發射端MCU根據該電壓信號形成控制信號驅動逆變電路，穩定接收端的整流電壓；

輸出功率采樣模塊采集輸出功率信號(輸出電壓與輸出電流的乘積)送入接收端MCU，接收端MCU判斷功率的變化生成判斷信號，并將該信號通過無線通信模塊無線通信發射模塊和無線通信接收模塊發送至發射端MCU。發射端MCU具有通信監控模塊，可以根據接收端反饋的功率變化，判斷當前的通訊速率是否能夠正常穩定工作。若系統通信不穩定，將根據預設的通信速率等級自適應調整通訊速率，直至系統通信達到穩定狀態。

作為本實用新型的進一步優化，無線通信模塊(無線通信發射模塊和無線通信接收模塊)在通信數據收發完成后，會將數據收發標志位置低，發射端MCU檢測該標志位的狀態，就可以監控通信是否正常。若在一定時間內，數據收發標志位沒有置低，則發射端MCU判斷為發生了一次通信中斷，通過檢測計數通信中斷次數，來判斷通訊的穩定性，自適應調整通信速率。

作為本實用新型的進一步優化，無線發射端還包括連接在發射端整流濾波電路輸出端的發射端輔助電源，發射端輔助電源的輸出端連接發射端MCU，為發射端MCU供電；無線接收端還包括連接在接收端整流濾波電路輸出端的接收端輔助電源，接收端輔助電源的輸出端連接到接收端MCU，為接收端MCU供電。

本實用新型還提供了一種無線電能傳輸控制方法，使用上述無線電能傳輸系統，包括以下步驟：

S1：啟動無線電能傳輸系統；

S2：啟動通信數據傳輸；

S3：接收端MCU采集當前時刻輸出電壓和輸出電流信號，并與前一時刻信號值進行比較形成輸出功率變化值；接收端MCU判斷功率變化絕對值是否大于預設浮動值，如是，則執行S4；如否，則執行S7；

S4：接收端MCU根據輸出功率變大或變小生成相應的判斷信號，經由無線通信發射與接收模塊傳輸到發射端MCU，若發射端MCU收到輸出功率變大的判斷信號，則執行S7；若發射端MCU收到輸出功率變小的判斷信號則執行S5；

S5：發射端MCU判斷無線電能傳輸系統中的通信速率是否已最高，如是，則返回至S3；如否，則執行S6；

S6：發射端MCU更改通信速率設定值，使無線電能傳輸系統的通信速率提高一級，然后返回S3；

S7：發射端MCU判斷通信是否中斷，如是，則執行S8；如否，則返回執行S3；

S8：計數器計數通信中斷次數；

S9：發射端MCU判斷中斷通信次數是否大于預設計數上限值，如是，則執行S10；如否，則返回執行S2；

S10：發射端MCU判斷無線電能傳輸系統中的通信速率是否已最低，如是，則關閉該無線電能傳輸系統，結束運行；如否，則執行S11；

S11：發射端MCU更改通信速率設定值，使無線電能傳輸系統的通信速率降低一級，然后返回S3。

作為本實用新型的進一步優化，在S1步驟中，啟動無線電能傳輸系統后，還包括以下步驟：將系統初始化設置；啟動延時程序。

與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果在于：

1、本實用新型的無線電能傳輸系統，能夠根據接收端反饋的功率變化， 實施監測當前的通訊速率是否能夠正常穩定工作。若系統通信不穩定，將根據預設的通信速率等級自適應調整通訊速率，直至系統通信達到穩定狀態；

2、本實用新型的無線電能傳輸系統，發射端MCU具有通信監控模塊，其中設置有可記錄通信中斷次數的計數器，更好的判斷該中斷是否為偶然事件，進而根據不同情況執行是否需要更改無線電能傳輸系統中的速率；

3、本實用新型的無線電能傳輸控制方法，其通過計數器記錄通信中斷的次數，從而進一步判斷是否為偶然事件，實現了不同情況的區別性處理，更智能。

附圖說明

圖1為本實用新型無線電能傳輸系統的示意圖；

圖2為本實用新型無線電能傳輸控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本實用新型進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

在對本實用新型描述前，我們先對本實用新型中使用的原理說明：

無線電能傳輸系統中導致通信中斷的情形包括以下三種：

一是開機上電的瞬間會產生一個較大的浪涌電流，對整個無線電能傳輸電路產生沖擊，無線通信模塊進入閉鎖保護狀態，系統無法正常通信；

二是電能傳輸過程中，偶然出現較大的噪聲干擾信號，通信回路受到干擾在瞬間斷掉；

三是負載功率增大時，所需傳輸的電能隨之增大，系統電路中產生連續且幅值較大的干擾信號，使得通信中斷。

針對以上三種情況，前兩種狀況下，通信中斷只是一次偶然事件，只要在通訊中斷后令通信模塊自恢復啟動，系統就可以正常工作。而第三種情況下，通信受到嚴重的干擾，通信自恢復重啟后，還是會反復中斷重啟，嚴重影響了系統穩定性，使系統出現故障，無法進入狀態正常工作。

而在無線電能傳輸系統中，當通信控制受到來自能量傳輸系統的干擾時， 適當降低通信的數據傳輸速度可以有效地提高通信系統的抗干擾能力。

參見圖1，是本實用新型無線電能傳輸系統的示意圖。如圖1所示，本實用新型的無線電能傳輸系統，包括連接電網的無線發射端，以及可與無線發射端實現電能和通訊信號傳輸的無線接收端，無線發射端包括順次串聯的發射端整流濾波電路、逆變電路以及發射線圈，無線接收端包括順次串聯的接收線圈、接收端整流濾波電路、DC/DC變換電路。

另外，繼續參見圖1，無線發射端還包括電連接逆變電路的發射端MCU，以及可接收無線接收端通信信號的無線通信接收模塊，無線通信接收模塊連接發射端MCU,以將從無線接收端接收的通信信號發送至發射端MCU；

無線接收端還包括接收端MCU，連接接收端整流濾波電路輸出端的整流電壓采樣電路，連接DC/DC變換電路輸出端的輸出功率采樣模塊用來采集輸出電壓和輸出電流信號，以及發射通信信號的無線通信發射模塊，其中，整流電壓采樣電路和輸出功率采樣模塊的輸出端都連接到接收端MCU；

整流電壓采樣電路采集整流后的電壓信號送到接收端MCU，再經過無線通信發射模塊和無線通信接收模塊傳送到發射端MCU，發射端MCU根據該電壓信號形成控制信號驅動逆變電路，穩定接收端的整流電壓；

輸出功率采樣模塊采集輸出功率信號(輸出電壓與輸出電流的乘積)送入接收端MCU，接收端MCU判斷功率的變化生成判斷信號，并將該信號通過無線通信模塊無線通信發射模塊和無線通信接收模塊發送至發射端MCU。發射端MCU具有通過檢測計數通信中斷次數來判斷通訊的穩定性并自適應調整通信速率的通信監控模塊。具體的，該發射端MCU還具有自適應調節模塊，該通信監控模塊檢測通信中斷次數，并判斷通訊穩定性，形成調節信號；該自適應調節模塊用于接收調節信號，并調整通信速率，通過上述設置，發射端MCU可以根據接收端反饋的功率變化，判斷當前的通訊速率是否能夠正常穩定工作。若系統通信不穩定，將根據預設的通信速率等級自適應調整通訊速率，直至系統通信達到穩定狀態。

無線通信模塊(無線通信發射模塊和無線通信接收模塊)在通信數據收發 完成后，會將數據收發標志位置低，發射端MCU檢測該標志位的狀態，就可以監控通信是否正常。若在一定時間內，數據收發標志位沒有置低，則發射端MCU判斷為發生了一次通信中斷，通過檢測計數通信中斷次數，來判斷通訊的穩定性，自適應調整通信速率。

通過上述中，發射端MCU和接收端MCU的作用，使無線電能傳輸系統可根據負載變化進而控制無線電能傳輸系統中的通信速率，從而使無線電能傳輸系統在負載變化時也能穩定運行。

另外，發射端MCU具有通信監控模塊，無線通信模塊在通信數據收發完成后，會將數據收發標志位置低，發射端MCU檢測該標志位的狀態，就可以監控通信是否正常。若在一定時間內，數據收發標志位沒有置低，則發射端MCU判斷為發生了一次通信中斷，發射端MCU中包括可記錄通信中斷次數的計數器，計數器通過記錄通信中斷次數，進而判斷該系統中的通信中斷是否為偶然性事件。

同時，為了保障發射端MCU的電能供應，無線發射端還包括連接在發射端整流濾波電路輸出端的發射端輔助電源，發射端輔助電源的輸出端連接發射端MCU，為發射端MCU供電；無線接收端還包括連接在接收端整流濾波電路輸出端的接收端輔助電源，接收端輔助電源的輸出端連接到接收端MCU，為接收端MCU供電。

參見圖2，為本實用新型無線電能傳輸控制方法的流程圖。如圖2所示，本實用新型的無線電能傳輸控制方法，使用上述無線電能傳輸系統，包括以下步驟：

S1：啟動無線電能傳輸系統；

S2：啟動通信數據傳輸；

S3：接收端MCU采集當前時刻輸出電壓和輸出電流信號，輸出電壓與輸出電流的乘積為輸出功率，若當前時刻采樣的輸出功率值為P，上一次采樣的輸出功率值為P0，則輸出功率變化值ΔP為當前時刻采樣的輸出功率值P減去上一次采樣的輸出功率值P0；接收端MCU判斷功率變化絕對值|ΔP|是否大于預設浮 動值M，如是，則執行S4；如否，則執行S7；

S4：接收端MCU根據輸出功率變大(ΔP>0)或變小(ΔP<0)生成相應的判斷信號，經由無線通信發射與接收模塊傳輸到發射端MCU。若發射端MCU收到輸出功率變大的判斷信號，則執行S7；若發射端MCU收到輸出功率變小的判斷信號則執行S5；

S5：發射端MCU判斷無線電能傳輸系統中的運行速率是否已最高，如是，則返回至S3；如否，則執行S6；

S6：發射端MCU更改通信速率設定值，使無線電能傳輸系統的通信速率提高一級，然后返回S3；

S7：發射端MCU判斷通信是否正常，如是，則執行S8；如否，則返回執行S3；

S8：計數器計數通信中斷次數；

S9：發射端MCU判斷通信中斷次數是否大于預設計數上限值N，如是，則執行S10；如否，則返回執行S2；

S10：發射端MCU判斷無線電能傳輸系統中的運行速率是否已最低，如是，說明該負載下的該無線電能傳輸系統不能穩定工作，因此需要關閉該無線電能傳輸系統，結束此次運行；如否，則執行S11；

S11：發射端MCU更改通信速率設定值，使無線電能傳輸系統的通信速率降低一級，然后返回S3。

另外，為了避免開機上電的瞬間會產生一個較大的浪涌電流，對整個無線電能傳輸電路產生的沖擊，在S1步驟中，啟動無線電能傳輸系統后，還包括以下步驟：將系統初始化設置；啟動延時程序。

為了進一步說明本實用新型，下面將結合一具體實施例進行說明，具體如下：

假設將預設速率級別設定為三級，相鄰級別的速率差為1Mb/s，將預設的三級速率設為高速級、中速級、低速級，每一級對應的具體速度值可自由選定，該處的選值為根據現有技術中的有限次實驗得到的，該數值需滿足既可以穩定 通信，又能使系統調節響應較快；同時，將負載功率變化相比較的預設浮動值設定為輸出功率值的10％，中斷信號的中斷次數計數上限設定為10，

S1：系統通電，以啟動無線電能傳輸系統；將系統系統初始化設置并啟動延時程序，啟動延時的好處在于，可避免上電瞬間產生的浪涌電流；

S2：啟動通信數據傳輸；

S3：接收端MCU采集當前時刻輸出電壓和輸出電流信號，輸出電壓與輸出電流的乘積為輸出功率，若當前時刻采樣的輸出功率值為P，上一次采樣的輸出功率值為P0，輸出功率變化值ΔP為當前時刻采樣的輸出功率值P減去上一次采樣的輸出功率值P0；接收端MCU判斷功率變化絕對值|ΔP|是否大于預設浮動值,預設浮動值為P0的10％，如是，則執行S4；如否，則執行S7；

S4：接收端MCU根據輸出功率變大(ΔP>0)或變小(ΔP<0)生成相應的判斷信號，經由無線通信發射與接收模塊傳輸到發射端MCU。若發射端MCU收到輸出功率變大的判斷信號，則執行S7；若發射端MCU收到輸出功率變小的判斷信號則執行S5；

S5：發射端MCU判斷無線電能傳輸系統中的運行速率是否已最快，即是否為高速級，如是，則返回至S3；如否，則執行S5；

S6：發射端MCU更改通信速率設定值，使無線電能傳輸系統的通信速率提高一級，然后返回S3；

S7：發射端MCU檢測數據收發標志位狀態，判斷通信是否中斷，如是，則執行S8；如否，則返回執行S3；

S8：計數器計數通信中斷次數；

S9：發射端MCU判斷通信中斷次數是否大于預設計數上限值10，如是，則說明該通信中斷屬于非偶然事件，則執行S10；如否，則說明該通信中斷為偶然事件，通過重啟通信數據傳輸即可解決，因此則返回執行S2；

S10：發射端MCU判斷無線電能傳輸系統中的運行速率是否已最低，如是，說明該負載下的該無線電能傳輸系統不能穩定工作，因此需要關閉該無線電能傳輸系統，結束此次運行；如否，則執行S11；

S11：發射端MCU更改通信速率設定值，使無線電能傳輸系統的通信速率減慢一級，然后返回S3。