本發明屬于無線充電領域，尤其涉及一種無線充電系統在系統在接收端設備待機時降低整個系統功率消耗的控制方法。

背景技術：

目前，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，備受關注，各種各樣的無線充電產品也相繼問世。

無線充電系統有別于傳統的單端式設備，其作為一種新型充電設備，擁有兩個電氣獨立的模塊組合而成，分別為發射端和接收端，發射端和接收端之間沒有傳統的電氣連接，其是通過磁場來傳遞能量，能實現兩端隔離，并且兩端系統通過電磁感應原理產生磁場，完成能量傳輸。

但是，上述無線充電系統，由于能量的傳遞依靠磁場，無線充電設備在保持待機的過程中，即使接收端用電設備只需要很小的能量，也必須激活兩線圈間的磁場，完成能量傳輸，而維持磁場會消耗很多的能量。

針對上述問題，現有的無線充電產品降低待機功耗的方式主要集中在發射端，即通過檢測接收端是否在發射端的工作區域內，而判定是否處于待機狀態。但對于接收端未及時拿走或是接收端處于很低功耗的的情況下，現有技術中尚未解決接收端設備待機時系統功耗問題。該種情況下，接收端在待機過程中需要的能量也需要從發射端獲取，持續的待機充電需要線圈持續激發磁場，這一過程產生的待機功耗很大，會影響系統整體的待機損耗。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種無線電能傳輸系統及其控制方法，該發明降低了在接收端持續待機充電過程中的系統功耗。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種無線電能傳輸系統，外連有待充電負載，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，連接于接收端整流濾波電路與DC/DC變換電路之間可暫時存儲能量的儲能模塊，連接接收端整流濾波電路輸出端的電壓采樣電路，連接DC/DC變換電路輸出端的電流采樣電路，以及可向無線發射端發射通信信號的無線通信發射模塊，其中，電壓采樣電路和電流采樣電路的輸出端都連接到接收端MCU；

電流采樣電路實時采集的電流信號傳送至接收端MCU，接收端MCU根據該電流信號與預設電流值的大小判斷無線接收端是否處于待機狀態，并生成第一判斷信號，該第一判斷信號通過無線通信發射模塊和無線通信接收模塊發送至發射端MCU；

電壓采樣電路采集整流后的電壓信號傳送到接收端MCU，接收端MCU根據該電壓信號與預設電壓范圍的上限值大小判斷儲能模塊中能量是否已達到預設能量值，并生成第二判斷信號；接收端MCU根據該電壓信號與預設電壓范圍的下限值大小判斷儲能模塊中能量是否已到達下限值，并生成第三判斷信號；該第二判斷信號和該第二判斷信號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根據接收到的第一判斷信號控制無線接收端的輸出頻率以及輸出信號的占空比，根據接收到的第二判斷信號控制無線充電系統是否關閉，根據接收到的第三判斷信號控制接收端是否重新激發發射線圈。

作為本發明的進一步優化，儲能模塊與接收端MCU之間連接有可為接收端MCU供電的輔助供電模塊。

作為本發明的進一步優化，發射線圈內設有可感應發射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據發射線圈與接收線圈距離形成感應信號，傳感器連接有發射端MCU，以接收接近式傳感器形成的感應信號，發射端MCU根據該感應信號判斷無線接收端是否在工作區域內。

作為本發明的進一步優化，接收線圈內置有可增強接近式傳感器感應強度的感應物。

一種無線電能傳輸系統的控制方法，使用上述的無線電能傳輸系統，包括以下步驟：S1：啟動無線電能傳輸系統為負載充電；S2：判斷無線接收端是否進入待機狀態：接收端MCU實時采集電流采樣電路中輸入的電流信號，并判斷該電流信號是否低于預設電流值，若是，則執行S3；若否，則返回至S1；S3：儲能模塊儲存能量：發射端MCU控制輸出頻率為第一預設倍數的工作頻率，并控制輸出信號占空比為第二預設倍數的工作信號占空比，無線發射端向無線接收端發射電能，無線接收端的儲能模塊將能量存儲，以維持負載待機充電的能耗；S4：判斷儲能模塊是否能量已達到預設上限：接收端MCU采集電壓采樣電路中輸入的電壓信號，并判斷電壓信號是否達到預設電壓上限值，若是，則執行S5，若否，則返回執行S3；S5：發射端MCU控制無線電能傳輸系統關閉，無線接收端通過儲能模塊維持負載待機充電的能量；S6:判斷儲能模塊中能量是否低于預設下限：接收端MCU采集電壓采樣電路輸入的電壓信號，并判斷該電壓信號是否低于預設電壓下限值，若是，則返回執行S3；如否，則返回執行S5。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于：

本發明是通過在接收端設置可存儲能量的儲能模塊，該儲能模塊在系統待機過程中為接收端提供能量，并通過電流采樣電路以及電壓采樣電路判斷儲能模塊中能量是否耗盡，以進一步反饋給發射端，發射端MCU通過控制發射端工作頻率以及PWM占空比，向接收端供能，進一步使輔助供電模塊中能量再次達到預設值上限。通過本發明，有效的降低了在接收端持續待機充電過程中的系統功耗。

附圖說明

圖1為本發明無線電能傳輸系統的示意圖；

圖2為本發明無線電能傳輸系統的充電控制方法流程圖。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發明進行具體描述。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。

在本發明的描述中，需要說明的是，本發明中涉及的術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

參見圖1，是本發明中無線電能傳輸系統的框圖。如圖1所示，本發明的無線電能傳輸系統，外連有待充電負載，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。通過上述發射線圈與接收線圈的設置，可實現無線電能的傳輸，該處的接收線圈通過磁場耦合拾取發射線圈的能量；而上述通信發射模塊與通信接收模塊的設置，實現了無線發送端與無線接收端之間的通訊傳輸，通訊傳輸的建立有利于無線發射端根據無線接收端負載的需求而適時改變。

進一步參見圖1，圖1中的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，連接于接收端整流濾波電路與DC/DC變換電路之間可暫時存儲能量的儲能模塊，連接接收端整流濾波電路輸出端的電壓采樣電路，連接DC/DC變換電路輸出端的電流采樣電路，以及可向無線發射端發射通信信號的無線通信發射模塊，其中，電壓采樣電路和電流采樣電路的輸出端都連接到接收端MCU。

上述中設置的電流采樣電路以及電壓采樣電路，其連接接收端MCU的具體作用為：電流采樣電路將實時采集的電流信號傳送至接收端MCU，接收端MCU根據該電流信號與預設電流值的大小判斷無線接收端是否處于待機狀態，并生成第一判斷信號，該第一判斷信號通過無線通信發射模塊和無線通信接收模塊發送至發射端MCU；電壓采樣電路采集整流后的電壓信號傳送到接收端MCU，接收端MCU根據該電壓信號與預設電壓范圍的上限值比較并判斷儲能模塊中能量是否已達到預設能量值，以生成第二判斷信號；接收端MCU根據該電壓信號與預設電壓范圍的下限值比較并判斷儲能模塊中能量是否已達到能量下限值，并生成第三判斷信號；該第二判斷信號和該第二判斷信號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根據接收到的第一判斷信號控制無線接收端的輸出頻率以及輸出信號的占空比，根據接收到的第二判斷信號控制無線充電系統是否關閉，根據接收到的第三判斷信號控制接收端是否重新激發發射線圈。

上述中，第一判斷信號包括“是”命令和“否”命令，當為“是”命令時，對應的發射端MCU控制無線發射端輸出第一預定倍數的工作頻率以及第二預定倍數的工作信號占空比；而當發出“否”命令時，對應的發射端MCU控制無線發射端以正常工作頻率以及正常工作信號占空比工作。第二判斷信號也包括“是”命令和“否”命令，當為“是”命令時，表明儲能模塊已達到儲能上限，則無線發射端可停止激發發射線圈，因此此時，對應的發射端MCU將控制無線發射系統關閉，負載的待機狀態將依靠儲能模塊進行供能；當為“否”命令時，表明儲能模塊尚未儲能完畢，則需繼續充電，此時對應的發射端MCU將控制無線發射端繼續輸出第一預定倍數的工作頻率以及第二預定倍數的工作信號占空比。第三判斷信號也包括“是”命令和“否”命令，當為“是”命令時，表明儲能模塊已達到能量下限值，需要及時補充能量，此時，對應的發射端MCU則重新啟動無線電能系統，并控制無線發射端輸出第一預定倍數的工作頻率以及第二預定倍數的工作信號占空比，重新為儲能模塊進行充電；當為“否”命令時，表明儲能模塊尚能維持負載的待機運行，不需要補充能量，則無線電能系統繼續關閉，對應的發射端MCU不發出工作指令。

另外，對上述發射端MCU以及接收端MCU中涉及模塊的具體說明如下：接收端MCU包括可采集電壓采樣電路和電流采樣電路中電壓或電流的采集模塊，可將采集到的電壓或電流與預設值進行比對的判斷模塊，判斷模塊形成相應的判斷信號，并通過無線通信模塊傳送至發射端MCU，發射端MCU包括可接收判斷信號的接收模塊，以及可根據接收模塊采集的信號發出控制信號的控制模塊。

進一步參見圖1，本發明中的無線接收端還包括在儲能模塊與接收端MCU之間連接的可為接收端MCU供電的輔助供電模塊，將輔助供電模塊設置于儲能模塊的輸出端，一方面可在負載待機過程中接收端MCU的運行直接依據儲能模塊的電能，另一方面，防止輔助供電模塊設置于儲能模塊之前導致在負載待機時激發發射線圈的現象發生。

另外，發射端MCU與逆變電路之間連接有驅動電路，以將控制模塊中形成的控制信號通過驅動電路控制逆變電路。

本發明中還在發射線圈內設有可感應發射線圈與接收線圈位置的傳感器，傳感器根據發射線圈與接收線圈距離形成感應信號，傳感器連接有發射端MCU，以接收傳感器形成的感應信號，發射端MCU根據該感應信號判斷無線接收端是否在工作區域內。需要說明的是，本發明中所述的工作區域是以發送線圈為中心，在適當的垂直工作距離和水平偏移條件下，并且保證系統效率及安全可靠工作的最大工作區域。

另外，上述的傳感器為能感知無線接收端移走或進入狀態的現有傳感器，如霍爾磁場傳感器、GMR巨磁阻傳感器、紅外傳感器等。同時，為了使接近式傳感器的感應強度更好，接收線圈上可放置有增強接近式傳感器傳感效果的感應物。舉例說明，如永磁體、鐵磁性金屬、視覺標記等。

參見圖2，圖2是本發明無線電能傳輸系統的控制方法的流程圖。如圖2所示，該無線電能傳輸系統的控制方法，使用上述的無線電能傳輸系統，包括以下步驟：

S1：啟動無線電能傳輸系統為負載充電；

S2：判斷無線接收端是否進入待機狀態：接收端MCU實時采集電流采樣電路中輸入的電流信號，并判斷該電流信號是否低于預設電流值，若是，則執行S3；若否，則返回至S1；

S3：儲能模塊儲存能量：發射端MCU控制輸出頻率為第一預設倍數的工作頻率，并控制輸出信號占空比為第二預設倍數的工作信號占空比，無線發射端向無線接收端發射電能，無線接收端的儲能模塊將能量存儲，以維持負載待機充電的能耗；

S4：判斷儲能模塊是否能量已達到預設上限：接收端MCU采集電壓采樣電路中輸入的電壓信號，并判斷電壓信號是否達到預設電壓上限值，若是，則執行S5，若否，則返回執行S3；

S5：發射端MCU控制無線電能傳輸系統關閉，無線接收端通過儲能模塊維持負載待機充電的能量；

S6:判斷儲能模塊中能量是否低于預設下限：接收端MCU采集電壓采樣電路輸入的電壓信號，并判斷該電壓信號是否低于預設電壓下限值，若是，則返回執行S3；如否，則返回執行S5。

需要說明的是，上述預設電流值、預設電壓上限值、預設電壓下限值、預設倍數等均是通過人為具體設定，其具體數值不作具體限定，同時上述數值的設定并非一成不變的，其可根據負載等的要求而具體設定。

通過上述充電控制方法，實現了負載在待機過程中，無線發射端可通過間隔工作的方式激活線圈磁場，向無線接收端輸送能量，此部分能量先儲存在接收端的儲能模塊中，用于負載的待機損耗，當儲能模塊能量損耗殆盡時，重新激活系統，此方式使得系統大部分時間無需激活線圈，有效的降低系統待機損耗。